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趣味物理学
1.5.2 3.2 超远程大炮
3.2 超远程大炮

1918年,就在第一次世界大战进入尾声行将结束之时,德国炮兵完成了一项惊人之举,成功地从一百多千米之外炮击对手。当时,英国和法国的空军对德军的轰炸即将结束,作为还击,德军选择用一种新型大炮炮轰远在110千米之外的法国首都巴黎。

这种新型大炮的炮击方式是德国炮兵偶然发现的,这之前人们从未尝试过。一次,德国炮兵们试射一门大口径火炮。炮兵不小心将大炮的射角调得过高,炮弹射出后,原本估计会在前方20千米远处着地,出乎意料的是,炮弹竟落到40千米的地方。怎么会这样呢?原来,大口径火炮发射的炮弹初速度极大,当它依很大的射角向上飞行时,很快就到达空气稀薄的高空大气层(就是我们现代所说的平流层,喷气式客机飞行升到高空后,就在此层飞行)。因那儿的空气稀薄,空气阻力自然变得很微弱。在这种阻力很微弱的介质里,炮弹几乎无阻碍地飞行了很长一段距离。最后,它回落到低层大气层,急速地落地。从图3-2,我们可以清楚地看到,随着发射角度的调高,炮弹飞行路线会发生变化。

图3-2 超远程大炮以不同的射角射出的炮弹所能到达的距离的示意图。射角1的弹着点是P;射角2的弹着点是P';而射角3的射程突然增加了许多倍,因为炮弹已经进入了平流层飞行了,那儿的空气稀薄,阻力小多了

正是基于这一发现,德军开始了设计射程115千米的超远程大炮(图3-3),用来轰击巴黎。这种新型大炮很快制造了出来,此时已是1918年的夏天,第一次世界大战即将结束。可是,德军还是用这种新型大炮,向法国巴黎狂轰了300多枚炮弹。

据了解,这种新型大炮的情况如下:它的炮筒全长34米,炮径粗1米,全炮重达750吨,仅炮筒下部壁厚就达40厘米。而它发射的炮弹长1米,径粗21厘米,重达120千克。要装入150千克的火药,产生5 000个大气压的压力,最终以2 000米/秒的初速度将炮弹射出去。大炮的射角为52度。炮弹飞出炮筒后,在空中划出一个最高点离地大约40千米的大弧线。很显然,以这样的高度,炮弹早就进入大气平流层了。大炮所处的阵地距巴黎的距离为115千米,炮弹在空中整个飞行时间是3.5分钟,而这其中,有2分钟处于平流层里飞行。

图3-3 德国在一战晚期研制的超远程大炮的外形

这就是第一座超远程大炮的情形,它称得上是现代超远程大炮的鼻祖。

不过,炮弹的射出初速度越大,所受的空气阻力也就越大。这个阻力并不简单地跟它的初速度成正比例增加,而是呈几何级数递增,即以初速度的二次方或更高次方递增。至于到底是几次方递增,取决于初速度的大小。