理论教育 海底射击:趣味力学,实现可能吗

海底射击:趣味力学,实现可能吗

时间:2023-10-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:请问,假设子弹发射出来的速度为270米/秒,会有子弹从这支气枪里发射出来吗?如果水的压力大于枪膛中压缩空气的压力,子弹就会射不出去,反之就能够射出去。通常情况下,一颗子弹的质量大约是7克,因此能让子弹产生加速度的空气压力就是F=ma=7×16 500 000=115 500 000(达因)[1]≈115(牛顿)所以,压缩空气会产生115牛顿的压力。之前我们已经得出,水对子弹产生的压力为418千克,压缩空气产生的压力则为115牛顿。

海底射击:趣味力学,实现可能吗

【问题】在菲律宾群岛的棉兰老岛附近,海洋深度大约为11 000米,是世界上最深的地方之一。如果把一支上了子弹气枪装在这个地方的最下面,然后扣动扳机。请问,假设子弹发射出来的速度为270米/秒,会有子弹从这支气枪里发射出来吗?

【回答】子弹射出去的一瞬间,水的压力和枪膛中压缩空气的压力会同时对它产生作用,这两个压力的方向正好相反。如果水的压力大于枪膛中压缩空气的压力,子弹就会射不出去,反之就能够射出去。现在,我们要做的是弄清楚到底哪个压力大。

我们可以这样计算出水的压力:假如水柱的高度为10米,水柱底部的压力和1个大气压差不多大,即1千克/平方厘米。问题中水柱的高度为11 000米,所以,水底的压强就是1 100千克/平方厘米。

已知一支转轮手枪枪膛的直径为0.7厘米,假设我们用的也是一支口径为0.7厘米的气枪,就可以得出枪膛的截面积:

因此,枪膛截面承受的压力就是

1 100×0.38=418(千克)

下面,我们再来看看枪膛中压缩空气的压力。为了让计算过程变得更简单,假设子弹射出去之前在枪膛里做的是匀加速运动,并且加速度保持不变(事实上,子弹在射出去之前做的并不是匀加速运动)。我们可以从之前的公式表中找到以下公式:

v 2=2aS

其中,v为子弹经过枪膛射出去时的速度,a为我们想知道的加速度,S则为子弹在枪膛里面所经过的距离(在这里,正好和枪膛一样长,一般是22厘米)。我们在前面说过,子弹发射出去时的速度v=270米/秒,因此(www.daowen.com)

27 0002=2a×22

a≈16 500 000(厘米/秒2

这个数值可不小,但也不足为奇,因为子弹只在枪膛里停留一小会儿。如此一来,我们便可以计算出子弹的加速度。通常情况下,一颗子弹的质量大约是7克,因此能让子弹产生加速度的空气压力就是

F=ma=7×16 500 000

=115 500 000(达因)[1]

≈115(牛顿

所以,压缩空气会产生115牛顿的压力。

之前我们已经得出,水对子弹产生的压力为418千克,压缩空气产生的压力则为115牛顿。因此,水的压力大于空气的压力,并且它们的方向正好相反。由此可以推断出,子弹不仅不会射出,反而会被水的压力压到枪膛中。当然,要在气枪上产生如此大的压力并不是一件容易的事,但在技术日益发达的现代社会,制造出与转轮手枪媲美的气枪也是完全有可能的。

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