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趣味力学:大洋深处的气枪

时间:2023-11-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:如果把一支压好了子弹而且枪膛里有压缩空气的气枪,放入这个深渊之中,然后扣动扳机。先让我们假设它射出子弹的速度为270 米/秒,请问这支气枪能不能把子弹射出来?由此,可知子弹在发射的刹那间,受到了115 千克力的推力,同时又受到418 千克力水的阻力。当代的制造技术,还不可能造出比这压力大的气枪,但很有可能制造出可与七星手枪媲美的气枪来的。

趣味力学:大洋深处的气枪

有这样的一个题目:棉兰老岛属菲律宾群岛,它的附近的海洋深度为11 000 米,属于海洋最深的地方了。

如果把一支压好了子弹而且枪膛里有压缩空气气枪,放入这个深渊之中,然后扣动扳机。先让我们假设它射出子弹的速度为270 米/秒(七星手枪的速度),请问这支气枪能不能把子弹射出来?

答案是这样的:在子弹被射出的一刹那,水的压力和里面压缩空气的压力会从两个相反的方向同时作用于它的上面。如果空气的压力没有水的压力大,那子弹就不会被射出去,相反就可以被射出去。所以首先我们要比较一下两个压力的大小。我们可以根据每10 米高水柱的压强和一个大气压(即压强P=1千克力/平方厘米)相当,计算出作用在子弹上面水的压强P 为每平方厘米1 100 千克力。

假如这支气枪的枪口直径是0.7 厘米(七星手枪的口径),则截面积是:

水在这个面积上的压力为:

1 100×0.38=418 千克力

接着再求压缩空气的压力,假设子弹在枪膛里作的是匀加速运动,以此得出通常情况下它在枪膛里加速度的平均值。当然子弹的运动不可能是匀加速运动,但为了方便计算,看作匀加速运动。

我们可以在第20 页的表格里找到下面的公式:

v2=2aS

公式中的v 代表枪口的子弹速度;a 代表加速度;S 代表压缩空气的作用距离(也就是枪膛的长度),我们估计22 厘米。另外把v=270 米/ 秒换算成27 000 厘米/秒代入上面的公式,就可以得出:(www.xing528.com)

27 0002=2a×22

求得:

a≈16 500 000 厘米/秒2

通常的情况下,子弹会在非常短的时间里飞出枪膛,我们对这样大的加速度不必吃惊。加速度的数值有了,我们再把子弹的质量假想成7 克,根据公式:

F=ma

得出力F 为:

F=7×16 500 000=115 500 000 达因

也就是1 155 牛顿(1 牛顿约为100 万达因),所以空气的压力约为115 千克力。

由此,可知子弹在发射的刹那间,受到了115 千克力的推力,同时又受到418 千克力水的阻力。所以子弹非但不能被射出去,还反会被水的压力压向枪膛里。当代的制造技术,还不可能造出比这压力大的气枪,但很有可能制造出可与七星手枪媲美的气枪来的。

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