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《青年科学》

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开博时间:2016-11-21 21:22:00

《青年科学》杂志创办于1980年,是沈阳日报报业集团主管并主办的综合性期刊。辽宁省一级期刊,曾连续两...

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弹丸飞行与陀螺有关

2008-10-01 13:41:16

  多数男孩都喜欢玩陀螺。说来也怪,这种圆锥形的东西,转得越快它越稳,一旦停止转动就会立刻歪倒。如果仔细看看,我们就会发现弹丸的旋转与陀螺的运动是一样的。

  陀螺有一定重量,当把它竖在平地上时,因为重力和支点的作用力组成了一个力偶,所以只要稍有倾斜就会翻倒。但若使它高速旋转起来,虽然也受到了力偶的作用,但它不仅不会翻倒,还会围绕垂直轴作圆锥运动。

  这是什么道理呢?原来,陀螺在旋转的时候,不但围绕本身的轴线转动,而且还围绕一个垂直轴作锥形运动。也就是说,陀螺一边围绕本身的轴线作“自转”,一边围绕垂直轴作“公转”。陀螺围绕自身轴线作“自转”运动时速度的快慢,决定着陀螺摆动角的大小。转得越慢,摆动角越大,稳定性越差;转得越快,摆动角越小,因而稳定性也就越好。这和人们骑自行车的道理差不多。其中不同的是,一个是作直线运动,一个是作圆锥形的曲线运动。陀螺高速自转时,在重力偶作用下,不沿力偶方向翻倒,而是绕支点的垂直轴作圆锥运动的现象,就是陀螺原理。

  那么,陀螺原理与螺旋膛线有什么关系呢?大家都有这样的体会,投掷手榴弹时,如果用力不当,手榴弹出手后就会摇摇晃晃甚至翻跟斗。不仅影响命中精度,而且会大大缩短投掷距离。用枪炮发射的弹丸也是这样。早期的枪炮都是没有膛线的,因而射击距离近、精度差。自17世纪枪炮有了膛线后,射击的距离和精度才有了明显提高。

  弹丸在膛线的作用下旋转,这与高速旋转的陀螺运动原理是一样的。当弹丸在膛内运动时,膛线就迫使它高速旋转,并且在翻转力偶矩的作用下,除自转外,还以其质心为中心绕弹道切线作圆锥运动,使弹轴与弹道切线始终保持很小的摆动角(弹道学上称为章动角),从而保证了弹丸的稳定飞行。

  倘若膛线磨损,弹丸得不到应有的旋速,再加上初速下降,弹丸飞行的稳定性就会受到影响。另外,膛线崩落、膛线碰伤以及弹丸表面碰伤等,也都会使弹丸在飞行时失去稳定性。弹丸飞行不稳定,就会使射弹散布增大,甚至产生横弹孔和椭圆弹孔,严重影响武器的性能。