Рэндалл Манро - А что, если?.. Научные ответы на абсурдные гипотетические вопросы

• Название: А что, если?.. Научные ответы на абсурдные гипотетические вопросы
• Автор: Рэндалл Манро
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2015
• ISBN: 978-5-17-088495-7

Эта книга – продолжение одного из самых знаменитых научно-популярных сайтов всех времен. Рэндалл Манро – инженер НАСА, ученый, художник и создатель невероятно популярного интернет-комикса xkcd.com – пытается найти серьезные ответы на самые невероятные вопросы, которые присылают ему посетители его сайта. Оказывается, о самых серьезных научных проблемах можно говорить легко и с большим юмором. Если вы любите науку, комиксы, Интернет и хорошую шутку – эта книга для вас.

В формате pdf A4 сохранен издательский дизайн.

---

Если АК-47 выпускает десять пуль весом по 8 граммов каждая за одну секунду, а начальная скорость каждой пули – 715 м/с, то тяга составит:

Так как заряженный АК-47 весит всего 4,8 кг, то он, по идее, должен взлететь и начать ускоряться вверх.

В действительности тяга окажется даже где-то на 30 % выше. Все дело в том, что автомат выбрасывает не только пули, но и горячий газ, и продукты сгорания пороха. Насколько это все повысит тягу – зависит от конкретного оружия и патронов. Общая эффективность также зависит от того, сбрасываете ли вы гильзы на землю по мере подъема, или берете их с собой. Я попросил своих техасских приятелей взвесить для моих расчетов несколько гильз. В ответ они сообщили мне, что не смогли найти весы, и тогда я подсказал им, что, учитывая объем их арсенала, им, в сущности, просто нужно найти кого-то еще, у кого весы есть[31].

В общем, АК-47 смог бы взлететь, но у него не хватило бы тяги, чтобы поднять в воздух что-либо тяжелее белки.

Можно попробовать использовать несколько автоматов сразу. Если вниз будут стрелять два ствола, они создадут в два раза больше тяги. Если каждый автомат может поднять плюс к своей массе еще 2,5 кг, то два автомата поднимут 5 кг.

Уже понятно, к чему все идет:

В космос вы сегодня не попадете.

Если сложить вместе достаточное количество направленных вниз «калашниковых», то вес пассажира почти перестает иметь значение: он распределится по числу стволов и на каждый из последних придется ничтожная доля этого веса. Поскольку наше устройство, по сути дела, представляет собой пучок из множества отдельных автоматов, летящих параллельно, то чем больше будет количество «калашниковых», тем больше тяговооруженность нашего аппарата будет приближается к тяговооруженности отдельно взятого автомата:

Но есть одна проблема: боеприпасы.

В магазине АК-47 30 патронов. При десяти выстрелах в секунду это даст нам жалкие три секунды ускорения.

Это время можно увеличить, сделав магазин больше, но только до определенного момента: как выясняется, набивать в магазин больше 250 патронов не имеет смысла. Причина этого кроется в классической проблеме ракетостроения – топливо делает вас тяжелее.

Каждая пуля весит 8 граммов, а патрон (то есть пуля с гильзой и пороховым зарядом) весит более 16 граммов. Если в магазине будет больше 250 патронов, «калашников» станет слишком тяжелым и не сможет взлететь.

Итак, наш ранец должен состоять из большого количества АК-47 (минимум 25, но в идеале хотя бы 300), и в магазине каждого из них должно быть 250 патронов. Самые мощные варианты аппарата могли бы взлетать вверх на скорости до 100 м/с, поднимаясь на высоту полукилометра с лишним.

Вот мы и ответили на вопрос Роба: да, имея достаточное количество автоматов, взлететь можно.

Однако наша связка «калашниковых» – явно не самый совершенный реактивный ранец. Можно ли придумать что-то поинтереснее?

Мои техасские друзья предложили мне на выбор целый ряд различных пулеметов и автоматов, и я рассчитал результаты для каждого из них. Некоторые оказались весьма неплохи. Скажем, пулемет MG-42 (эта штука потяжелее, чем АК-47) может похвастаться чуть большей тяговооруженностью, чем «калашников».

Однако потом мы решили замахнуться на большее.

Авиационная пушка GAU-8 Avenger выпускает до 60 фунтовых снарядов в секунду. Отдача этой пушки эквивалентна почти 5 т, и это просто невероятно, учитывая, что ее устанавливают на штурмовике А-10 Thunderbolt, два двигателя которого вместе создают тягу всего в 4 т. Если установить на самолет две таких пушки и одновременно выстрелить из обеих вперед, одновременно включив двигатели на полную мощность, то пушки победят, и вы полетите назад.

А если установить GAU-8 на мою машину, включить нейтральную передачу и начать стрелять назад, то я нарушил бы любые ограничения скорости меньше чем за три секунды.

«Вообще мне гораздо интереснее, как вам это удалось».

Но как бы хорошо эта пушка ни подходила для ракетного ранца, русские создали установку, которая сработает еще лучше. Зенитная автоматическая пушка Грязева – Шипунова 6К30ГШ весит примерно вдвое меньше, чем GAU-8, и при этом ее скорострельность еще выше. Тяговооруженность этого орудия приближается к 40, а значит, если вы, сидя на ней верхом, направите ее вертикально вниз и выстрелите, она не просто взлетит в облаке смертоносных осколков, но вы еще и испытаете бы при этом ускорение в 40g.

Это уже слишком. На самом деле, даже когда пушка надежно закреплена на самолете, отдача представляет собой проблему:

Отдача… все еще наносила ущерб самолету. Скорость стрельбы была уменьшена до 4000 выстрелов в минуту, но это не очень помогло. Посадочные фары почти всегда ломались после выстрела… Очередь из более чем 30 выстрелов почти непременно означала перегрев…

Грег Гебель, airvectors.net

Но если бы вам каким-то образом усадить на пушку пассажира, сделать всю конструкцию достаточно прочной, чтобы она выдержала отдачу, засунуть пушку в аэродинамический обтекатель и убедиться, что все это как следует охлаждается…

…то можно было бы прыгать через горы!

Равномерно вверх

ВОПРОС: А что, если вы внезапно начнете подниматься вверх со скоростью одного фута в секунду, то как именно вы умрете? Сначала замерзнете? Или сначала задохнетесь? Или как-то еще?

– Ребекка Б.

ОТВЕТ: Ребекка, ты не забыла надеть пальто?

Один фут (30 см) в секунду – это не так уж быстро. Это значительно медленнее, чем скорость стандартного лифта. Вам потребуется 5–7 секунд, прежде чем вы подниметесь так высоко, чтобы никто из ваших друзей уже не сможет до вас дотянуться (конечно, это зависит от их роста).

Спустя 30 секунд вы будете в 30 футах (9 метрах) над землей. А если вы сейчас пролистаете книгу до страницы 200, то узнаете, что для какого-нибудь вашего друга это последний шанс бросить вам сэндвич, бутылку воды или еще что-нибудь[32].

Через минуту или две вы будете уже парить над верхушками деревьев. В общем и целом вам будет столь же комфортно, как и на земле. Если день ветреный, возможно, станет прохладнее, благодаря более устойчивому ветру над верхней границей леса[33].

Спустя 10 минут вы подниметесь выше всего на земле, кроме самых высоких небоскребов, а спустя 25 минут вы окажетесь уже выше шпиля небоскреба Эмпайр-Стейт-билдинг.

Воздух на такой высоте примерно на 3 % более разреженный, чем на поверхности земли. К счастью, ваше тело постоянно имеет дело с подобными перепадами давления. Уши может заложить, но больше вы ничего особенного не заметите.

Давление воздуха очень быстро меняется вместе с высотой. Как ни удивительно, даже когда вы стоите на земле, изменение давления воздуха поддается измерению даже на относительной высоте всего около метра. Если в вашем смартфоне имеется барометр (как и во многих современных моделях), вы можете скачать соответствующее приложение и наглядно увидеть разницу в давлении на уровне вашей головы и на уровне ступней.

Фут в секунду – это довольно близко к километру в час, так что через час вы будете примерно в километре над Землей. К этому моменту вам уже точно станет холоднее. Если на вас пальто, то все пока будет в порядке, хотя ветер начнет заметно усиливаться.

Спустя еще где-то два часа (и два километра) температура вокруг вас приблизится к нулю. Ветер тоже, скорее всего, будет усиливаться. Если у вас есть открытые участки кожи, возникает реальная опасность обморожения.

К этому моменту давление воздуха упадет ниже давления, которое поддерживается в кабине авиалайнера[34], и последствия этого станут более заметными. Однако если на вас нет теплого пальто, то более серьезной проблемой будет холод.

В течение следующих двух часов температура упадет ниже нуля по любой шкале[35]. Предположим, что вы еще не погибли от нехватки кислорода, тогда в какой-то момент вы станет жертвой переохлаждения. Но когда именно?

Главными научными авторитетами в вопросе замерзания насмерть (и это неудивительно) являются канадцы. Самую популярную модель, описывающую выживание человека на морозе, разработали Питер Тикуисис и Джон Фрим из Института медицины окружающей среды в Онтарио.

Согласно этой модели, основным фактором, от которого зависит, когда именно вы замерзнете насмерть, будет одежда. Если вы голый, то, скорее всего, падете жертвой переохлаждения где-то к шестому часу, то есть еще до того, как в окружающем вас воздухе закончится кислород[36]. Но если вы как следует закутались, то вам грозит обморожение, однако вы можете продержаться еще достаточно долго…