Жду новый пост

Серия «Физика и оружие»

Для начала хочу отметить простой, но важный факт. Стремена к лошади не привинчены. Они свободно висят на ремнях, называющихся путлищами. Соответственно, сопротивление они оказывают только при упоре вдоль этих путлищ, обычно сверху-вниз. Движению в горизонтальной плоскости стремена никак не препятствуют.

Это важно. Часто можно встретить тезис "используя стремена ты как будто стоишь на земле". Так вот, сами по себе стремена этого эффекта не дают. Максимум - как будто стоишь на льду. Или в гамаке. В общем, без дополнительного упора на движущейся лошади затруднительно даже просто стоять в стременах, не то какие-то удары наносить.

Теперь перейдем к физике.

Физическая модель

Рассмотрим вот такую систему:

Точка O - это наша пятая точка. Но в нашем случае она первая и основная. То, что выше - туловище, что ниже - ноги. Для простоты считаем что ноги прямые, обычно это не так, но сейчас это не особо важно.

Теперь нанесем этот самый таранный удар. Копье упирается в верхнюю часть туловища, там где обычно у людей плечи. На схеме это точка A.

Что происходит? Поскольку мы имеем упор в точке O, он станет осью, вокруг которой наша система начнет вращаться:

Внимание, вопрос - поможет ли нам упор в стремена? Разумеется, нет. Упор в стремена даст силу, направленную вверх, т.е. прямо перпендикулярно опрокидывающей силе. А помочь нам тут может только резкий взмах ногами вперед.

Теперь давайте усложним модель и сделаем ее более реалистичной. И тут у нас два новости - хорошая и плохая.

Хорошая - всадник плотно обхватывает круп лошади ногами. Поэтому при попытке опрокидывания возникает сила трения в ногах:

Плохая - то, что человек нихрена не жесткий стержень и может изгибаться в районе этой самой точки O. Этому препятствует усилие мышц, но вообще такие вот резкие нагрузки "на излом" - не очень полезная штука.

Чтобы избежать неприятного опрокидывания, при таранном ударе всадник может наклониться вперед. В идеале это позволит направить итоговый вектор силы (с учетом силы тяжести) вдоль туловища и уберет вращающий момент.

Мы регулярно используем этот принцип на практике, наклоняясь вперед при сильном ветре. Или когда толкаем машину.

Теперь система выглядит так:

Но нам все еще нужно что-то, что будет препятствовать движению назад.

Продолжая метафору с выталкиванием машины - получится ли это сделать стоя на льду? Понятно, что нет, нужно во что-то упереться.

Теоретически мы можем отвести ноги в стременах назад:

Однако в этом случае мы заваливаем центр тяжести вперед без какой-либо компенсации. Учитывая, что движение лошади нифига не прямолинейное равномерное, держать равновесие становится гораздо сложнее. Довольно легко "клюнуть" носом вперед, на радость вражине.

Впрочем, запомним этот вариант как гипотезу. Как еще можно выйти из положения?

Использовать еще один упор! Добавить "спинку", а точнее - заднюю лУку седла.

Забегая вперед, вот как выглядели седла периода высокого средневековья, когда активно практиковался таранный удар:

Сравните с современным седлом в начале статьи.

Теперь наша система выглядит вот так:

Как вы видите, без всяких стремян все силы компенсированы. Модель в принципе рабочая. Какие есть тут изъяны?

При мощном толчке спереди тебя изрядно приложит "точкой O" об эту самую "спинку". Что довольно неприятно само по себе. А если еще в этот момент и подбросит, есть шанс пролететь над ней. Чтобы этого избежать, лучше с самого начала к ней прижаться, чтобы помимо упора была еще и сила трения, препятствующая подбрасыванию.

И тут (включайте фанфары) на сцену и выходят стремена. Вытянув ноги вперед, можно надежно распереться в седле, снизив шанс вылететь до минимума.

Полная система:

А вот на ИЗО:

Итак, стремена все-таки играют некоторую роль, но далеко не принципиальную. Как было показано ранее, можно и без них.

Меня могут начать критиковать, что я рассматриваю расположение сил только в продольной плоскости. А между тем если удар наносится по цели сбоку, возникает также сила, направленная в бок от лошади. Всадник начинает заваливаться вбок и вот тут-то ему и помогают стремена!

Однако возникает резонный вопрос - насколько эта ситуация характерна для конной сшибки, особенно в ранний период, когда формировалась тактика таранного удара?

Так что пока закончим с физикой и перейдем к истории. И пойдем по-порядку.

Историческое исследование

Стиль езды "ногами назад", похоже, существует только теоретически. Мне не удалось найти хоть где-то хоть что-то, похожее на него. На практике мне тоже не показалось, что это хоть сколько-то удобно. Помимо уже указанных недостатков, в таком положении ноги уходят с "талии" лошади и приходится их разводить сильнее.

Напротив, стиль езды с вытянутыми вперед ногами - крайне распространен. Судя по всему, это и был основной стиль езды в период высокого средневековья.

Вот что про него пишут в источниках:

Есть седла, которые требуют вытянутых ног, [выдвинутых] слегка вперед со стопами крепко упертыми в стремена; всё это делается таким образом, что отличное равновесие приобретается, не уделяя больше внимания устойчивости стоп в стременах, чем давлению ног на лошадь или манере в которой вы сидите в седле; равным образом внимание должно быть распределено на каждый аспект из трех названных, чтобы сделать вас способным получить все возможные преимущества от каждого из них. <...>
Во всех них [видах седел], способ, который обеспечивает вам прочную посадку в седле, следующий: удлинить путлища до такой степени, которая позволит вам опираться крепко на стремена с вашими ногами в вытянутом положении. Это означает, что необходимо ощущать устойчивость своих стоп в стременах без ослабления ваших ног. Но, как я написал перед этим, вы должны уделять равное внимание устойчивости ваших стоп в стременах, давлению ваших ног на коня и манере, в которой вы сидите в седле.

Тем не менее, не похоже чтобы так садились лишь для нанесения таранного удара. Вот более архаичное удержание копья верхним хватом:

Вот атака с мечом:

А вот вообще с пистолетом:

Короче, судя по всему, это просто удобная и прочная посадка, а не что-то специально придуманное для таранного удара.

Одновременно с этим в более позднее время вполне практиковали таранный удар без вынесения ног вперед:

И даже на высоких казачьих седлах:

Т.е. нет вообще нет никакой связи между посадкой и таранным ударом.

Теперь что касается направления удара. Судя по всему, удар справа-налево под большим углом - удел преимущественно поздних турнирных сшибок. Там, дабы не калечить себя и лошадей, скакали мимо, да еще и через барьер. В реальных сражениях и даже на ранних турнирах, мало от них отличавшихся, всадники скакали навстречу друг другу, целясь прямо вперед. Проигрывал тот, кто не выдержит и свернет.

Читали "Повесть о Настоящем Человеке"? Помните описание лобового боя? Если нет, процитирую в комментариях. Так вот, в кавалерии видимо было что-то подобное.

Вообще, такое ощущение что любителей истории возможность вылететь из седла, нанося таранный удар, волнует гораздо больше, чем современников. В наставлениях что по действию пикой, что по пассивному уколу мечом или палашом (что по сути очень похоже) этому не особо-то уделяется внимание. Вот возможность вылететь из седла от удара противника - другое дело.

Дело в том, что упор копья в специальный крюк, крепящийся на кирасу и превращающий систему конь-всадник-копье в единое целое, появился только в позднем средневековье. До этого как минимум 300 лет использовали таранный удар, просто сжимая копье под мышкой. Поэтому при через чур сильном ударе копье просто проскользнет назад и всадник его выпустит. Или сломается. Потерять копье - неприятно, но не критично.

Ну а теперь самое вкусное:

Экспериментальная проверка

К сожалению, у меня нет своей лошади, а в КСК вряд ли с пониманием отнесутся к идее носиться по плацу с копьем наперевес. Поэтому пришлось гуглить.

Например:

В данном видео вообще много интересного, конкретно таранный удар - на 6:55. Заметьте, выполняется без стремян и даже без седла (подстилка не в счет). Также примечательно, что во время "боя на подушках" из седла вылетела всадница со стременами. Потому что скилл важнее эквипа)

Более фундаментальное исследование можно найти в работе Алана Вильямса An experimental investigation of late medieval combat with the couched lance. В нем замеряли кинетическую энергию, переданную копьем мишени в ходе выполнения таранного удара. Были опробованы различные виды седел, но также наносили удар и без седла вовсе. Результаты оказались ожидаемо ниже, но все равно приличными.

Итоги

Подводя итоги. Безусловно, стремена сыграли важную роль в развитии кавалерии. Так же, как и уздечка, трензель, мундштук, седло, шпоры... Все это позволило кавалерии играть важнейшую роль на поле боя вплоть до недавнего времени, и уйти с него только с появлением альтернативы в виде автотранспорта, танков и самолетов.

То, что распространение стремян примерно совпадает с появлением таранного удара - еще не говорит об их прямой связи. Как бы заманчиво это не было. Связь надо доказывать, а пока что получается доказать только ее отсутствие.

P.S. Можно заметить, что физические выкладки носят несколько упрощенный характер. Моя цель - объяснить суть процессов, а не построить максимально корректную модель. Просьба особо не придираться =) Неидеальный пост все еще лучше, чем его отсутствие.

Не менее часто какой-нибудь герой, натянув лук, долго что-то выцеливает, потом наконец спускает тетиву - и попадает точно в яблочко.

Увы, в реальной истории из лука так не стреляли. Боевой лук имел большую силу натяжения, держать его натянутым - зря расходовать силы. Более того, при этом зажимаются мышцы, начинается тремор - и с точностью можно попрощаться.

Ждать команды, целиться, делиться наблюдениями можно пока лук не натянут. Натянул - сразу спускай.

Однако очевидно, что при такой схеме момент выстрела несколько запаздывает. Это не страшно, если ты стреляешь по цели, которая на виду продолжительное время. Например, птица в небе или всадник в степи. Также это не слишком мешает при засыпании стрелами "по площадям". Но что если противник, к примеру, спрятался за зубцами крепостной стены и выглядывает только чтобы выстрелить самому?

Тут постепенно и приходит идея, что было бы неплохо иметь устройство, позволяющее разнести натяжение и выстрел. И это устройство - арбалет.

В этом месте многие начнут писать гневные комментарии про бОльшее натяжение арбалета, которое позволяло пробивать рыцаря вместе с конем навылет. Наберитесь терпения, это мы тоже рассмотрим)

Арбалет изобретали несколько раз, судя по всему независимо. Были какие-то подвижки в древней греции, но "не взлетело". Были арбалеты у китайских Цинь и в последствии Хань. И, конечно же, были арбалеты в средневековой Европе - и именно тут они получили максимальное развитие.

Простой арбалет

Вернемся все же к физике. Рассмотрим для начала простой арбалет, который взводился без дополнительных приспособлений. Как-то так:

Как и в случае с луком, перед нами встает проблема ограничений упругой деформации. Если вы забыли или не читали предыдущий пост, кратко напомню - сильно палку не согнуть, она сломается. И чем палка толще, тем меньше ее можно согнуть.

Лук можно было сделать длинным. Арбалет, по крайней мере ручной - нет. А значит, допустимый предел сгибания дуги арбалета будет небольшим. Как следствие - длина разгона стрелы у арбалета сильно меньше, чем у лука.

Теперь вспомним график из предыдущего поста:

Напомню, по оси X - расстояние, на которое мы натянули лук, по оси Y - сила натяжения. Накопленная потенциальная энергия, которая будет разгонять стрелу - это площадь под графиком. Теперь давайте сравним графики для лука и арбалета:

Оказывается, несмотря на бОльшее натяжение, потенциальная энергия арбалета сопоставима или даже меньше, чем у лука!

Кроме того, у арбалета вовсю проявляется главный бич механики - сила трения. В отличие от лука, стрела касается ложа на всем своем протяжении, а тетива ее еще и в ложе вдавливает.

С другой стороны, эти недостатки являются и преимуществами. Меньший путь разбега позволяет сделать более короткую, а значит более прямую, жесткую и однородную стрелу. А это хорошо сказывается на кучности.

Упор в ложе, в свою очередь, сильно снижает эффект archer's paradox (когда стрела изгибается из-за несовпадения направления движения и направления приложения силы). Что, опять же, дает меньший разброс.

Подытожив - простой арбалет хоть и может иметь бОльшее натяжение, едва ли сообщает стреле бОльшую кинетическую энергию. Соответственно, арбалетная стрела не полетит дальше. Зато - полетит значительно точнее.

Продвинутые арбалеты

В принципе, большая точность - уже немалый плюс. Но арбалет допускает использование устройств для взвода, что позволяет устанавливать натяжение, многократно превосходящее таковое у лука.

Первые дуги арбалета были прямыми и из дерева. Затем их стали делать рекурсивными и из композитных материалов. Наконец, в 15 веке развитие металлургии позволило делать дуги из стали, что, в свою очередь, открыто дорогу очень тяжелым арбалетам.

Теперь поговорим об этих самых устройствах для натяжения.

Самое простое - поясной крюк, он же "пояс Самсона". Тут нет никакого выигрыша в силе, просто используются более сильные мышцы ног. При внешней примитивности это устройство просуществовало довольно долго благодаря дешевизне, практичности и скорости взведения. К тому же крюком можно взводить арбалет даже верхом.

Были попытки использовать подвижный блок для двукратного выигрыша (на рисунке под цифрой 2). Также я встречал остроумную конструкцию, позволяющую добиться схожего эффекта с помощью одной только веревки. Но - непонятно, реальное ли это устройство или просто фантазия автора.

Следующее - рычаг "козья нога".

Тут есть один интересный момент. В процессе натяжения сила натяжения растет. Сначала дугу сгибать легко, в конце - тяжело.

Здесь же у нас рычаг с перемещающейся точкой опоры. В процессе взведения меняется соотношение плечей, а значит и выигрыш в силе.

Схематичное изображение системы. Выигрыш в силе = AC/AB

Т.е. получается чем большее требуется усилие, тем большей выигрыш в силе от рычага. По-моему круто.

Далее ворот. Если вы в деревне таскали воду из колодца, то вот это оно. Только еще и с блоками.

Тут задействовано сразу два механических принципа.

Первый - ворот. Вращая рукоять по большому радиусу, мы получаем на барабане меньшего радиуса выигрыш в силе. Коэффициент выигрыша равен отношению этих самых радиусов.

Схематичное изображение системы. Выигрыш в силе = AC/AB

Второй - это блоки. Они позволяют получить кратный выигрыш в зависимости от их числа. На рисунке ниже представлен принцип их работы, только в нашем случае вместо верхнего блока барабан:

Вот здесь, к примеру, система под номером 3:

И наконец последнее, наиболее совершенное средневековое устройство для взвода - кранекин, он же "немецкий ворот".

Внутри стального барабана находятся несколько шестеренок различных радиусов. К самой маленькой присоединена ручка, к самой большой - зубчатая рейка. По сути, тот же принцип используется в современных лебедках. Или, возможно, более привычный пример - понижающая передача в автомобиле.

Не думаю, что кранекин так уж превосходил ворот в плане выигрыша в силе. Но - он был гораздо удобнее в использовании. С его помощью можно было взводить арбалет просто держа его в руках, без упора в землю - что очень оценили всадники. Настолько, что сей девайс даже дал название конным арбалетчикам - кранекинье.

Выводы

Теоретически, арбалет со стальной дугой и тяжелым болтом может выдавать огромную кинетическую энергию. Но есть "но".

Какие бы мы устройства не использовали, базовый принцип един: работа -> потенциальная энергия -> кинетическая энергия. А значит, чтобы получить много кинетической энергии, надо произвести много работы.

Во-первых, работа за единицу времени - это мощность. А мощность человека относительно постоянна. Значит, много работы займет много времени.

Во-вторых, на совершение работы ты будешь тратить энергию себя любимого, с большим трудом полученную из хавки и накопленную в жирке.

Иными словами, супер-тяжелый арбалет ты будешь натягивать очень долго и по итогам ты сильно задолбаешься. В то же время огнестрельное оружие использует химическую энергию пороха, что избавляет тебя от этого геморроя (возможно что и в прямом смысле).

Все устройства натяжения разом

Арбалет в массовом сознании

В современном инфополе представления об арбалете довольно различны. Более того, они порой прямо противоположны. То он подается как убероружие, пробивающее любую кирасу навылет с огромных дистанций. То - напротив. массовое оружие быдла, неспособного освоить лук. Где правда?

Ни там, ни там)

Дело в том, что как показано выше, арбалеты были разные. У них были разные устройства для взвода, разное натяжение, разный материал дуги. Кинетическая энергия болта различалась в разы, а то и на порядки.

Тяжелый арбалет со стальной дугой, взводимый воротом, и правда мог посылать стрелы на 200-300 метров, на малых дистанциях уверенно пробивал кольчугу и с некоторым везением даже латы. В то время как арбалеты с деревянным луком, взводимые поясом, могли поразить разве что незащищенную цель на дистанциях не более 100-150 метров.

Нередко можно встретить тезис о том, что арбалет был распространен как массовое оружие, поскольку он проще в освоении, чем лук. Мол, можно было набрать крестьян, выдать им арбалеты, немного потренировать и вперед.
Это не совсем соответствует действительности.

Целиться из арбалета хоть и проще, но ненамного. Прицельных приспособлений на средневековых арбалетах не стояло, стрельба велась "от бедра". Угол возвышения даже на прицельных дистанциях был гораздо выше, чем у современных винтовок. И подбирать его приходилось так же, как и при стрельбе из лука - интуитивно.

Арбалет, в особенности тяжелый, технически гораздо сложнее лука, требует более квалифицированного ухода. И, главное, арбалет значительно дороже. А в средние века нормой было что воин сам себя обеспечивает необходимым снаряжением.

Так что скорее наоборот - массовым оружием были луки, а арбалеты - уделом высокооплачиваемых профессионалов.

Впрочем, судя по документам, на практике часто вообще не делали разницы между луком и арбалетом. Стреляет и ладно.

Еще по теме

Часто можно услышать что церковь запретила арбалеты как слишком эффективное оружие. Я разбирал этот вопрос в данном посте: Причины запрета арбалета в средние века Для ЛЛ - нет, церковь не выделяла арбалеты, запрет касался и луков.

К вопросу, существовали ли конные арбалетчики: Конные арбалетчики - миф или реальность? Для ЛЛ - существовали, но не были распространены.
Ну и не могу не порекомендовать очень хороший пост про историю развития арбалетов с массой картинок от пикабушника Strory.tolstopuz:

Арбалет. От позднего средневековья до нового времени.

И теперь его натянем:

Несложно заметить, что внешняя сторона растягивается, внутренняя - сжимается. И этот эффект тем сильнее, чем толще у нас лук:

Дерево может упруго деформироваться - как растягиваться, так и сжиматься - лишь до какой-то степени. После этого на внешней стороне волокна начнут лопаться, а на внутренней пойдут "волной". Разумеется, это никуда не годится.

Не растягивать далеко лук мы не можем - нам надо чтобы сила действовала как можно дольше. Какой остается выход? Сделать сам лук как можно длиннее, чтобы искривление было не столь заметным:

Так получается длинный лук. Наиболее знамениты английские longbow 13-14 века, но в общем-то длинные луки известны еще с палеолита. Оно и понятно - взять палку подлиннее это не бог весть какое изобретение.

Лук с перевала Шнидейох (Альпы) датирован 2900-2700 до н.э. Длина 162 см - вполне себе лонг, учитывая средний рост в то время.

Однако у длинного лука есть ряд недостатков, самый существенный из которых - сложность использования верхом.

Японцы сделали хитрый лук с плечами разной длины - короткое нижнее и длинное верхнее:

А вот среднеазиатские степняки пошли другим путем, изобретя композитный лук. Внешняя сторона состояла из животных жил, которые хорошо тянутся, а внутренняя - из рога или костей, которые лучше сжимаются. Непонятно, что именно послужило причиной такого изобретения - желание усилить лук или необходимость снизить количество дефицитного дерева. Но как бы то ни было, в итоге удалось получить достаточно мощный, при этом компактный лук.

Первые композитные луки стали известны еще во времена скифов, а восходят и вовсе к неолиту. Но его эволюция шла все время существования, так что монгольский или турецкий лук был гораздо более развитым, чем скифский.

Слева монгольский лук, справа - более ранний гунский

Несложно заметить, что степной лук характерен не только строением, но и особой формой, включающий обратный изгиб. В лучной терминологии такой лук называют рекурсивным. Зачем это надо? Давайте разбираться.

Если мы возьмем прямой (обычный) лук и начнем его натягивать, то прилагаемая сила будет расти. Проще говоря, чем сильнее растягиваем, тем сложнее это делать. Можно нарисовать график:

Так вот, выполненная работа или, что то же самое, накопленная потенциальная энергия - это площадь под графиком:

Вообще это называется определенный интеграл, но я не хочу распугивать читателей :)

Как мы видим, в картина далеко не оптимальна. Идеалом было бы вот так:

Получается, нам нужен лук, у которого прилагаемое усилие одинаково на всем протяжении.

Именно этого пытается добиться рекурсивный лук. Когда мы его тянем, сначала сгибается центральная часть. Потом, по мере увеличения усилия на центральной части и изменения угла тетивы начинают сгибаться плечи и в конце - самые концы.

Таким образом, прилагаемая сила изменяется в меньших пределах и график становится ближе к оптимуму:

В результате рекурсивный лук при том же усилии натяжения будет эффективнее.

Да и просто натягивать лук с более-менее постоянной силой, по моему скромному лучному опыту, как-то приятнее. Впрочем, возможно это дело вкуса.

Давайте теперь посмотрим, что произойдет, когда мы спустим тетиву. Часть потенциальной энергии перейдет в кинетическую стрелы, но вся ли?

К сожалению, нет. Даже если пренебречь такими потерями как нагрев, звук, усталость материала, есть чисто-механические потери. Дело в том, что после сброса тетивы лук распрямляется, т.е. плечи лука приходят в движение. Перемещение = работа = потеря энергии.

В этом смысле чем легче плечи лука и чем меньше они двигаются, тем меньше будет потерь драгоценной потенциальной энергии и тем больше ее перейдет в движение стрелы.

Но и это еще не все. Помните, в прошлой статье обсуждалось, что ручное метание предметов имеет ограниченную скорость, так быстрее руки снаряд не полетит?

С луком та же проблема. Скорость распрямления хоть и большая, но все же ограниченная. И быстрее стрелу разогнать не выйдет, сколь бы мощный лук у нас не был.

Обе указанные проблемы решает блочный лук:

Во-первых, большая часть лука статична, сгибаются только самые концы плечей - а значит, меньше потерь на распрямление.

Во-вторых, блоки позволяют стреле получить скорость в несколько раз превышающую скорость распрямления плечей. Это работает как полиспаст, только наоборот - засчет проигрыша в силе получаем прирост в скорости.

Ну и попутно решается также проблема постоянной силы натяжения.

На современных блочных луках есть масса приспособлений, облегчающих прицеливание и стрельбу: полочка, релиз (устройство спуска тетивы), прицельная планка, всевозможные виброгасители... Это позволяет современным спортсменам показывать результаты, которые скорее всего и не снились историческим "Робин Гудам". Впрочем, и на историческое оружие данный спортивный снаряд похож лишь отдали.

Так как тема неожиданно зашла, думаю рассмотреть еще парочку видов оружия. А на сегодня все, спасибо за внимание.

Итак, несмотря на все все разнообразие метательного оружия, базовый принцип един - стрелок путем собственных усилий, прямо или опосредованно, разгоняет снаряд, направляя его в цель по баллистической траектории.

Воздействие на цель или, проще говоря, “урон” зависит от кинетической энергии, т.е. от массы снаряда и его скорости.

Дальность полета снаряда без учета сопротивления воздуха зависит только от скорости. С учетом - еще и от формы снаряда и массы. Но больше все же от скорости.

Теперь рассмотрим основные классы.

Начинает все ручное метательное оружие. Т.е. такое, которое просто кидается рукой, без дополнительных приспособлений.

Это самый простой и древний класс оружия. Антропологи говорят, что строение человека хорошо приспособлено для метания и это является одним из его эволюционных преимуществ перед остальными приматами.

И тем не менее, ручное метание предметов имеет ряд недостатков. Прежде всего, максимальная скорость снаряда ограничена скоростью движения руки. Даже при броске с разбегу эта скорость не очень высока. А значит, невысока и дальность.

Для понимания, рекорд в метании копья составляет чуть менее 100 метров, что весьма скромно для оружия других классов. И это спорт, т.е. все максимально заточено под конкретный результат.

Можно ли хотя бы получить большой урон? Для этого придется увеличивать массу снаряда. Но тут тоже сильно не разгуляешься - поскольку снаряд держится на весу, часть силы уходит на противодействие гравитации. Слишком тяжелый снаряд не получится даже разогнать до приемлемой скорости.

Разгоняющая сила - т.е. та, что непосредственно наделяет снаряд кинетической энергией равна векторной сумме приложенной силы и силы тяжести. Больше сила тяжести - меньше разгоняющая сила.

Как еще можно увеличить урон? Конечно, снабдить снаряд острием. Тогда его воздействие на цель - если та не слишком бронирована - при той же кинетической энергии многократно возрастет. Однако возникает вопрос- как сделать так, чтобы снаряд попал именно острой частью? Есть несколько решений.

Во-первых, можно сделать снаряд длинным и метать его вдоль оси, не допуская вращений по другим осям (вверх-вниз и вправо-влево). Если мы все сделаем правильно, то он так и будет двигаться до самой цели. Если же нет и снаряд завалится - упс.

Как вы уже догадались, выше описано копье)

Во-вторых, можно отдать данную проблему на откуп технике метающего. Пусть он задает вращение таким образом, чтобы снаряд долетел до мишени нужной стороной.

Так метают ножи и топоры. Однако, насколько я знаю, реальное боевое применение такого оружия под вопросом.

В-третьих, можно сделать лезвия со всех сторон. Получаем сюрикен.

Наконец, можно сделать снаряд аэродинамически стабильной формы, прицепив к нему оперение. Тогда как ни метни, в полете выровняется нужной стороной.

Такой способ использовался на римских плюмбатах и некоторых метательных копьях.

Но как все-таки можно повысить скорость, а значит и дальность броска?

Тут можно вспомнить механику и принцип рычага. Прилагая силу к меньшему плечу, мы получаем движение бОльшего плеча с меньшей силой, но бОльшей скоростью.

На этом принципе основана праща. Раскручивая ее вокруг некой точки, мы постепенно набираем на дальнем конце скорость, значительно превышающую ту, с которой движется рука. Как итог - предельная дистанция выстрела свинцовым снарядом, согласно экспериментам, составила аж 350 метров.

Также данный принцип используется в копьеметалке. Правда, там копье приходится дополнительно снабжать оперением - о причинах позже.

Существует и другой путь. Мы можем не разгонять снаряд сами, а воспользоваться некоторым устройством-посредником. “Запасти” работу в виде потенциальной энергии, которая потом перейдет в кинетическую.

Как мы знаем из курса школьной физики, основных источников потенциальной энергии в механике два - сжатие/растяжение пружины и набор высоты.

Самое древнее оружие, основанное на упругости - это лук. Мы можем медленно сгибать его, задействуя мощные мышцы спины, после чего он быстро разогнется, оправив стрелу со скоростью, значительно превосходящую ту, с какой мы могли бы ее кинуть рукой.

По поводу дальности стрельбы из лука можно встретить совершенно различные цифры, в зависимости от контекста. Современный спортивный рекорд - 1222 метра. Исторические рекорды османов составляли 500-700 метров, а англичан 300 метров. Однако реальная боевая дальнобойность была 100-150 метров, так как мало дострелить, надо еще попасть и хотя бы чуть-чуть пробить.

Однако у лука тоже есть своеобразный “потолок” в том, сколько энергии мы можем “запасти”. А именно - как много работы мы можем произвести “прозапас”.

Как мы, возможно, помним, работа пропорциональна силе и расстоянию. Сила, которую мы можем приложить ограничена. Расстояние, на которое мы можем растянуть лук тоже. Перемножив максимальную силу на максимальное растяжение, мы получим максимально возможную потенциальную энергию.

На самом деле там все еще сложнее, но об этом когда-нибудь в другой раз. Пока нам важно ограничение сверху.

Как можно его обойти? Как можно произвести больше работы и, соответственно, “запасти” больше потенциальной энергии?

Очевидное решение - прилагать для натяжения бОльшую силу. А для этого использовать специальные устройства, которые позволят эту силу приложить. Ну и как-то удерживать в натянутом состоянии, так как не факт что можно будет одновременно и натягивать, и наводить.

Несложно догадаться, что выше описан арбалет. Но не только. Схожий принцип используется для метательных машин - скорпионов, онагров, баллист. Только там в качестве пружины выступают бычьи жилы.

Наконец, сюда же относятся такие современные виды не совсем оружия, как рогатка и пневматика. Во втором случае используется фактически две пружины - обычная и воздушная, а также принцип гидравлики.

Но вернемся к иному виду потенциальной энергии, а именно - набор высоты. Есть ли оружие, использующие этот вид энергии?

Да - требуше.

Сначала человек (а иногда и целая команда) совершает работу, поднимая противовес, таким образом наделяя его потенциальной энергией. Потом противовес опускается вниз, переводя часть энергии в кинетическую энергию снаряда (а часть остается на колебания противовеса).

Правда, сам по себе противовес движется медленно. Поэтому для набора достаточной скорости используется старая добрая праща на длинном выносе.

Требуше - самая мощное из всех видов метательных оружий, есть сведения о машинах, метающих снаряды весом аж в полторы тонны.

Не слишком исторично, зато зрелищно)

Теперь пара слов о снарядах. Как мы помним, если мы хотим сделать их острыми, то надо также как-то обеспечить попадание в мишень именно нужной стороной.

Сделать снаряд просто вытянутой формы, как копье - не выйдет. Дело в том, что метая копье, вы держите его за центр тяжести. А у стрелы что в луке, что в арбалете, что в копьеметалке точка приложения силы сзади. Это максимально нестабильная система, малейшее отклонение приведет к еще большему отклонению.

Более того, у устройств с луком - лук, арбалет, некоторые баллисты - направления изначально не совпадают:

Дополнительно гуглить "archer's paradox"

Вывод? Необходимо оперение для стабилизации.

Впрочем, имея достаточно мощное оружие - как баллиста или поздние арбалеты - можно и вовсе отказаться от острия и сделать снаряды сферическими. Заодно будет хороший заброневой эффект. Существовали даже пулевые арбалеты, снабженные стволом. Их развитие, вероятно, и привело к появлению уже пороховых аркебуз. Но это уже совсем другая история.

Спасибо за внимание, в следующий раз думаю немного подробнее пройтись по луку. А пока все.