Научно-исследовательская работа «Вклад ученых – физиков в дело Великой победы»

Дистанционный конкурс научно-исследовательских работ

обучающихся общеобразовательных организаций

«Физика без границ»

Научно-исследовательская работа

«Вклад ученых – физиков в дело Великой победы»

Курск, 2019

Введение 3

I. Вклад ученых – физиков в дело Великой победы 4

1.1. Роль ученых – физиков в развитие артиллерии 4

1.1.1. Теоретическая часть 5

1.1.2. Практическая часть 8

Выводы 13

Заключение 14

Литература 15

Введение

9 мая 1945 года произошло самое важное событие в истории нашей страны – победа в Великой Отечественной войне! Благодаря мужеству и отваге каждого участника тех событий мир был избавлен от фашизма, наша страна осталась свободной, а народ – единым! К ознаменованию 75-летия победы в Великой Отечественной войне президент РФ В. В. Путин объявил 2020-й Годом памяти и славы.

На уроках истории, литературы и географии учащиеся изучают историю нашей Родины. Немало времени уделяют изучению материала, связанного с Великой Отечественной войной. Однажды на уроке физики, когда изучали тему «Постоянные магниты», я узнал, что в августе 1941 года основное боевое ядро кораблей на всех действующих флотах и флотилиях было защищено от магнитных мин противника. Меня заинтересовал вопрос о том, какие еще открытия помогли победить фашизм, захотелось больше узнать о военном времени, об ученых, внесших свой бесценный вклад в Победу. Но к великому сожалению, сегодня школьникам, мало что известно о подвигах советских ученых, в годы войны, об открытиях и изобретениях, сыгравших немаловажную роль в победе над фашизмом.

Исходя из сказанного выше следует актуальность выбора темы: «Вклад ученых – физиков в дело Великой победы».

Цель: определить вклад учёных - физиков в достижении победы

Задачи:

1. Рассмотреть роль ученых – физиков в роль артиллерии;

2. Выявить какие практические задачи приходилось решать учёным – физикам в годы Великой Отечественной войны;

Гипотеза: Война была не только битвой армий, но и длительным, изнуряющим сражением техники, битвой умов.

1. Вклад ученых – физиков в дело Великой победы

   1. Роль ученых – физиков в развитие артиллерии

История Великой Отечественной войны – это не только история боевых действий, это и экономическая, и политическая, и научная история. Чем дальше в прошлое уходит война, тем более значимым для нас становится подвиг советского народа, тем весомее считается вклад учёных и конструкторов в эту победу.

Физика – одна из наук на основе, которой базируется техника. Во время войны роль науки в развёртывании военного производства была огромна, что позволило не только выстоять в войне, но и победить. Советские ученые, конструкторы, инженеры с первых дней войны были полны решимости - отдать все свои силы, знания, весь свой труд и опыт великому делу разгрома фашизма. «Все для фронта, все для победы!» – эти слова стали девизом миллионов. Как никогда был ясен тезис о войне: «…берет верх тот, у кого величайшая техника, организованность, дисциплина и лучшие машины…»

Развернувшаяся битва стала не только смертельной схваткой двух миров социализма и фашизма, – но и «войной моторов», «дуэлью умов», «сражением мысли», линия фронта как бы незримо прошла через конструкторские бюро и исследовательские институты. В них ковалось оружие победы. Набатом звучал призыв: «Всегда опережать технику врага». Президент Академии наук в годы войны Владимир Леонтьевич Комаров сказал: "Участие в разгроме фашизма – самая благородная и великая задача, которая когда-либо стояла перед наукой …".

Во многих случаях физики работали непосредственно на фронте, испытывая свои предложения на деле, немало физиков пало на поле брани, защищая Родину.

1. Теоретическая часть

Кому из немцев не было знакомо простое русское имя “Катюша”, наводившее на них ужас!

В основе полёта снаряда лежит наука баллистика - комплекс физико-технических дисциплин, охватывающих теоретическое и экспериментальное исследование движения и конечного воздействия метаемых твердых тел — пуль, артиллерийских снарядов, ракет, авиационных бомб и космических летательных аппаратов. Разработка и проектирование видов и систем баллистического оружия основываются на применении математики, физики, химии и конструкторских достижений для решения многочисленных и сложных задач баллистики. Основателем современной баллистики принято считать Исаака Ньютона. Формулируя законы движения и рассчитывая траекторию материальной точки в пространстве, он опирался на математическую теорию динамики твердого тела, которую разработали немецкий учёный Иоганн Мюллер и итальянцы Фонтана и Галилео Галилей.

Задача баллистики состоит в расчете начальной скорости снаряда, максимального давления в стволе и зависимости давления от времени. Истоки баллистики теряются в древности. Прогресс в конструировании оружия привел к тому, что в наши дни артиллерийские орудия стреляют 90-килограммовыми снарядами на расстояния более 40 км, противотанковые снаряды способны пробивать стальную броню толщиной 50 см, а управляемые ракеты могут доставить исчисляемую в тоннах боевую нагрузку в любую точку земного шара.

На протяжении многих лет использовались разные способы ускорения метательных снарядов. Лук ускорял стрелу за счет энергии, запасенной в согнутом куске дерева; пружинами баллисты служили скручиваемые сухожилия животных. Были опробованы электромагнитная сила, сила пара, сжатого воздуха. Однако ни один из способов не был столь успешен, как сжигание горючих веществ.

Реактивные артиллерийские миномёты обеспечивали мощный маневренный огонь, подавляли врага. Для улучшения этого оружия было создано КБ во главе с Владимиром Павловичем Барминым – крупным учёным в области механики и машиностроения.

У становка образца 1941 года – БМ-13, представляла собой ферму из 8 балок и 16 направляющих, на которой располагались 132-миллиметровые реактивные снаряды массой 42,5 кг. Ферма монтировалась на грузовом автомобиле ЗИС-6. За несколько секунд установка выпускала 16 мощных снарядов. Реактивные снаряды имели ряд преимуществ перед обычными снарядами: заряд, сообщающий движение, находился внутри них, отсутствовала отдача при выстреле, поэтому не требовались дорогие орудийные стволы из высококачественной стали. По сравнению с тяжёлыми оружиями эти установки были гораздо подвижнее, менее габаритными, поэтому и могли монтироваться на грузовых автомобилях.

Новое оружие было впервые применено в бою 14 июля 1941 года, батарея капитана И. А. Флерова произвела залп из семи пусковых установок на железнодорожной станции Орша. Очевидцы вспоминают об этом так: “Мы на наблюдательном пункте оцепенели, когда услышали первый залп. С оглушительным рёвом, свистом и раскатистым скрежетом вслед за огромными клубами красно-чёрного дыма прочертили небо над нашими головами горящие кометы. И всё это в какое-то мгновение. Уму непостижимо, что творилось в четырёх километрах от нас. Не то что там танки и машины – горела даже земля! Сердце захватывала радость, гордость за Родину, за творцов грозного оружия”.

Враг любой ценой хотел раскрыть тайну нового оружия. Были назначены награды тем, кто захватит хотя бы одну установку, но советские воины свято хранили секрет. Когда батарея “Катюш” попала под Смоленском в окружение и не смогла выйти из него, бойцы взорвали боевые установки. При этом многие, и сам капитан Флёров, погибли.

Новое оружие требовало доработки. Для увеличения дальности полёта учёные предложили удлинить заряд, использовать топливо с большей удельной теплоёмкостью сгорания. Нашли и причину разброса снарядов, так называемую “девиацию” - отклонение движущегося тела от заданного направления движения под влиянием внешних причин.

Это были моменты сил, возникающие под воздействием струи газа, вытекающего из сопла. Была разработана особая форма и оперение снарядов. Было также установлено, что прекрасный эффект даёт медленное вращение снаряда вокруг продольной оси во время полёта. В утолщённой части снаряда было сделано небольшое отверстие, через которое тонкой струйкой вытекали пороховые газы, возникавшая при этом реактивная сила и поворачивала снаряд. Кучность огня возросла при этом в 3 раза, а площадь рассеивания снарядов уменьшилась в 7 раз!

1 .1.2. Практическая часть

Рассмотрим на практике каким образом можно рассчитать возможную дальность, высоту полета снарядов. Для этого опишем с точки зрения физики полет артиллерийского снаряда. Какая же линия является траекторией его движения? Траектория, по которой движется брошенное под углом к горизонту тело с учетом сопротивления воздуха – это баллистическая кривая. 

  Если бы сопротивления воздуха не было, баллистическая кривая совпадала бы с параболой. Реальная баллистическая траектория в земных условиях отклоняется от параболической траектории движения в безвоздушном пространстве.  Причем с увеличением расстояния от места броска (выстрела) идеальная и реальная кривые расходятся всё больше. Сопротивление воздуха значительнее уменьшает дальность полета более легкого снаряда.

  Но мы в своих расчетах будем считать, что снаряд движется по параболе. Как можно рассчитать дальность полета, максимальную высоту полета снаряда.

;

  Решим систему уравнений, выразим дальность и высоту полета только через начальную скорость снаряда и угол возвышения ствола орудия.

; .

  Итак, в начале 1942 года вооружение нашей армии пополнилось новым мощным орудием – 76-миллиметровой пушкой, созданной конструкторским бюро под руководством В.Г. Грабина, и ставшей самой массовой пушкой Великой Отечественной войны. Это орудие оказалось маневренным, удобным в эксплуатации, приспособленным для ведения более эффективного огня по танкам и признано одним из самых гениальных конструкций в истории ствольной артиллерии. Заслуга Грабина в том, что он 76-мм пушку ЗИС-3 со скоростью снаряда 680 м/с сумел сделать весом всего 1180 кг.

 Задача. Ствол 76-миллиметровой пушки установлен под углом 30° к горизонту. После выстрела снаряд вылетает из ствола со скоростью 680 м/с. Сопротивление воздуха уменьшает дальность полета в 3,5 раза. Найдите дальность полета снаряда в воздухе. 

 Итак, примерно на расстоянии 11230 м снаряд в момент взрыва почти вертикально коснется земли. У такого снаряда подавляющая масса осколков будет убойной.

Но если цель – группа солдат противника – замечена всего в 3 км от фронта, что чаще всего и бывало, что будут делать артиллеристы? Уменьшать угол возвышения ствола. Под каким же углом должен располагаться ствол пушки?

 Но при таком угле возвышения снаряды будут плашмя падать на землю и давать мало осколков, что делает артиллерийский выстрел не эффективным. Поэтому пушки с высокой начальной скоростью снаряда незаменимы при стрельбе по открытым, быстро перемещающимся целям (танки, самолеты и т.д.) и при стрельбе на очень большие расстояния. А вот если уменьшить мощность дивизионной пушки – укоротить ствол, уменьшить вес пороха в заряде– то это приведет к уменьшению скорости снаряда и к увеличению крутизны траектории его полета, даже при стрельбе на небольшое расстояние. Пушка станет более эффективна при стрельбе по живой силе противника.

В 1943 г. для борьбы с живой силой и огневыми средствами пехоты противника была разработана 76-мм полковая пушка, стрелявшая снарядом, имевшим начальную скорость 262 м/с и летевшим на 4,2 км.

Но с появлением у немцев тяжелых танков потребовалось создание более мощных и маневренных артиллерийских систем. Непревзойденной оказалась 57-миллиметровая противотанковая пушка, ствол которой почти на метр длиннее, чем у 76-мм пушки.

Вследствие большой длины ствола и большого относительного веса заряда снаряд 57-мм пушки вылетал со скоростью 700 м/с и пробивал броню до 120—150 мм. Работы над ней начались в КБ В.Г. Грабина в мае 1940 года.

Задание предусматривало создание противотанкового орудия, способного противостоять тяжелым танкам с противоснарядным бронированием. В начале 1941 года пушка была принята на вооружение, а затем выпуск ЗИС-2 неожиданно прекратился. Главная причина – отсутствие достойных целей на поле боя. Даже на дистанции 1,5 км бронебойный снаряд пушки легко прошивал насквозь немецкие танки того времени. Только с появлением “Тигров” и “Пантер” в войсках вермахта в 1942 году ЗИС-2 вновь была запущена в производство.

 Задача. Ствол 57-миллиметровой пушки установлен так, что траектория снаряда не поднимается выше 1,5 метра над поверхностью земли и на всем своем протяжении будет поражающей для танка, высота которого примерно 2–2,5 метра. Рассчитайте наибольшая дальность, при которой траектория не поднимается выше цели, так называемую дальность прямого выстрела. Начальная скорость снаряда 700 м/с.

В период Великой Отечественной войны СКБ и заводом под руководством В.П. Бармина было разработано и изготовлено 78 экспериментальных и опытных конструкций пусковых реактивных установок залпового огня, из которых 36 типов были приняты и находились на вооружении Красной Армии и Военно-Морского Флота.

Вот лишь часть фамилий учёных – создателей реактивного оружия: Н.И. Тихомиров, В.А Артемьев, Б.С. Петропавловский, Г.Э. Лантемак, И.Т. Клеймёнов, И.И. Гвай. Б.Н. Галковский, А.П. Павленко, А.С. Попов, Ю.Э. Эндек, В.А. Тимофеев, Л.Г. Лойцянский, С.А. Христианович, Я.Б. Зельдович, Ю.Б. Харитон, Ф.Р. Гантмахер, А.Д., Надирадзе, Л.М. Левин, Н.Н. Кузнецов и многие другие.

Собрав и систематизировав материал по теме: «Вклад ученых физиков в дело Великой победы» я выяснил, что благодаря неимоверному труду, знаниям, практическому опыту и полету творческой мысли в короткие сроки совершенствовалась уже имеющаяся техника и рождались проекты новой боевой техники, разрабатывались материалы для создания надежного боевого оружия, не прекращались научные исследования, которые в значительной степени приблизили великую Победу и создали основу для достижения нашими учеными и нашей отечественной наукой авангардного положения в мировой науке и технике. Мы не забудем всех тех, кто создавал вооружение, делал открытия, выполнял важные теоретические исследования — это ученые-физики.

Победа над фашистскими захватчиками была во многом достигнута благодаря развитию науки, разработке и созданию новых совершенных технологий. Наши ученые сделали существенный вклад в решение практических задач как:

- возможную дальность, высоту полета снарядов;

- более совершенных оптических приборов для артиллерии;

- увеличение скорости и дальности полета самолетов,

- создание новых взрывчатых веществ и бронебойных снарядов,

- высокопрочной брони для танков,

- усовершенствование радиоаппаратуры и радиолокационных устройств и т.д.

В ходе исследования нашла подтверждение гипотеза: «Война была не только битвой армий, но и длительным, изнуряющим сражением техники, битвой умов». Это же подтверждают слова академика С.И. Вавилова: «Советская техническая физика … с честью выдержала суровые испытания войны. Следы этой физики всюду: на самолете, танке, на подводной лодке и линкоре, в артиллерии, в руках нашего радиста, дальномерщика, в ухищрениях маскировки. Дальновидное объединение теоретических высот с конкретными техническими заданиями, неуклонно проводившееся в советских физических институтах, в полной мере оправдало себя в пережитые грозные годы».

Данный проект может служить для развития интереса учащихся к физике и другим наукам не только в знаменательные дни, но и в дальнейшем. Посчитал возможным, что через информационный проект можно воспитывать в подрастающем поколении патриотизм, чувство гордости за достижения советской науки и народа, воспитывать волю к победе на исторических примерах. Работа рассматривает лишь один из аспектов проблемы. Исследования в этом направлении могут быть продолжены. На мой взгляд было бы интересно исследовать как в ходе войны советская авиационная техника совершенствовалась.

1. Александров А.П. Славный путь советской науки. Техника – молодёжи, 1983г

2. Алексеев Е.П. «Советские ученые — фронту» — М.: Знание, 2005 год

3. Журнал «Физика в школе» №3-2005 год.

4. Кикоин И. К. «Физики - фронту» - Физика в школе № 3, 1995 г, с.4-8.

5. Левшин Л.В. Сергей Иванович Вавилов. М.: Просвещение, 1970.

6. Материалы журналов “Физика в школе”.

7. Миренков А.И. «Обеспечение действующей армии вооружением, боевой техникой, материальными средствами в 1941 – 1943 годах» - Военно – исторический журнал №5, 2002.

8. Таборко В. Летопись Великой Отечественной войны. Москва, 1985 г.

9. «Физический вечер «Слагаемые победы»- Физика в школе №3, 1985 г., с.17-19

10. «Энциклопедический словарь юного физика», Москва, «Педагогика» 1989 год.

11. В.Н.Новикова «Оружие Победы 1941-1945» — М: Машиностроение, 2011 год

Интернет-ресурсы:

http://festival.1september.ru/articles/593998/,

http://russiasib.ru/kirenskij-leonid-vasilevich/.

http://weapons-of-war.ucoz.ru/publ/39

http://lori.ru/catalogue/139?fullbacktrace=1&page=766

http://svgklan.ucoz.ru/forum/9-206-1

http://www.pomnite-nas.ru/mshow.php?mshowPage=15

http://dic.academic.ru/pictures/bse/gif/0255468986.gif

http://www.rcdesign.ru/var/rcd/storage/images/articles/avia/wings_profil

http://img.encyc.yandex.net/illustrations/bse/fullsize/02737/317250.jpg

http://www.ljplus.ru/img4/v/o/volg_vistex/internet-big.jpg