Adam Cebula "Uran"

Wychodzę na zgredzącego dziadka. Jestem nim czy nie, samego mnie zaczyna to irytować. Niestety... Przeczytałem sobie tekst, który, jak mi się wydawało, miał wyjaśnić powody stosowania amunicji ze zubożonego uranu. No i niestety, jak to w przypadku zgredzącego dziadka, trafiło mnie. Obrażenia nie za wielkie, skoro siedzę przy klawiaturze i klepię, ale jednak. Wydaje mi się, że nie można dla tzw. dobra publicznego sprawy tak zostawić. Dość długi tekst pełen technicznych szczegółów, wyprodukowany przez tzw. ekspertów i opowiadający o rzeczach, o których nie miałem pojęcia. Że mianowicie pociski w sabocie, ale są i rdzeniowe. To wiedziałem. Chodzi o pociski przeciwpancerne. Jak działają te rdzeniowe? Za dawnych czasów były takie książeczki, gdzie opisywano efektowne eksperymenty, np. przebijanie igłą monety. Niemożliwe? Każdy może spróbować, choć serdecznie odradzam, bo gdy przyłożymy igłę do monety i walniemy w nią młotkiem, igła się złamie. Te groźne dla oczu, rąk i postronnych odłamki poruszają się z wielką prędkością. Serdecznie radzę darować sobie próbę i uwierzyć na słowo. Lecz gdy wbijemy igłę w korek i utniemy tuż przy tym korku, to walnięta młotkiem igła zrobi dziurę w monecie. To widziałem w przypadku złotówki peerelowskiej.

Otóż w tej opowieści jest morał fizyczny. Korek zapobiega wyboczeniu igły. Dość niewielka siła uniemożliwia wygięcie się jej pod wpływem nacisku młotka. Ta siła nie musi być wielka – to już wstęp do inżynierii i obliczeń naprężeń.

Nie znam się na pociskach z sabotem, mogę tylko domniemywać, bowiem nie znalazłem nigdzie kompetentnego opisu. Rzecz uznałem za prawdopodobną na podstawie kilku zdań z Wikipedii. Ze wzrostem kalibru armaty rośnie też ciężar pocisku i coraz trudniej jest nadać mu odpowiednią prędkość wylotową. Otóż tak jest na pewno, ale to, czemu tak jest, to już sprawa wymagająca znajomości dziedziny fizyki budzącej grozę: termodynamiki. Albowiem na pierwsze podejście do problemu – nie ma problemu, wystarczy zwiększyć ładunek miotający. Nawet nie trzeba za wiele kombinować, mamy działa, gdzie osobno ładujemy pocisk, osobno ów ładunek miotający. Więc jeśli wylatuje on za wolno, trzeba dołożyć tego czegoś, co pocisk wystrzeliwuje.

Rzecz można tłumaczyć na wiele sposobów. Powiedzmy tak: istnieje coś takiego jak ciepło spalania materiału wybuchowego. Wybuch wyzwala energię ileś dżuli z kilograma danego materiału i nic więcej. A to oznacza, że kilogram gazów ze spalenia materiału wybuchowego będzie miał energię kinetyczną najwyżej równą owemu ciepłu spalania (z pewnością mniejszą, ale to osobny temat). I tak dochodzimy do smutnego wniosku, że przy pewnej prędkości pocisku robi się szlaban, możemy dokładać ładunku miotającego, a jego energia pójdzie na rozpędzanie samego siebie.

Ta graniczna prędkość to okolice 2 km/s i dotyczy tylko gazów. Jeśli dołożymy masę pocisku, będzie mniej. Idea pocisku z sabotem, jak konfabuluję, jest taka, by masa tego wystrzeliwanego elementu była relatywnie mała. Lekki musi być ów sabot, lekki sam pocisk, wówczas to coś osiągnie prędkość w okolicy przytoczonych w tekście 1,8 km km/s. Nie od rzeczy jest jednak zapytanie, po co taka prędkość? Albowiem przecież kiedy się walnie czymś wielkim, byle ciężkim, to efekt zwykle jest nie gorszy.

To złudzenie – co wykazuje eksperyment z przebijaniem monety igłą. Chodzi o przyłożenie siły do bardzo niewielkiej powierzchni. Wówczas powstają naprężenia, których materiał pancerza nie wytrzymuje. Ale dlaczego, jak napisano w artykule, ów pocisk z sabotem uderza z niewiele mniejszą prędkością od początkowej? Ano dzięki temu, że jest długi i cienki, mamy wielkie obciążenie środka. Terminu nauczył mnie kiedyś Tomek Pacyński. To, że pocisk jest długi i cienki, powoduje, że lecąc w powietrzu, nie musi dla utorowania drogi przesunąć niepotrzebnie wielkiej masy powietrza.

Tak dla przykładu: jeśli mamy pocisk o czołowym przekroju 1 centymetra kwadratowego, to łatwo policzyć, że przebywając drogę 1 kilometra, musi usunąć z drogi najmniej 100 litrów powietrza. Waży ono 120 gramów. Masa pocisku kałacha to – za Wikipedią – max 12 i coś grama. Oczywiście powierzchnia jego przekroju jest mniejsza niż 1 centymetr kwadratowy, ale bardzo optymistycznie założyliśmy oddziaływanie tylko z powierzchnią. To oszacowanie pokazuje, że opór powietrza jest poważnym problemem. Masa przepchniętego powietrza może łatwo być kilka razy większa od masy pocisku i dlatego zasięgi broni strzeleckiej są dość niewielkie, zwykle nie więcej niż 2 km dla konstrukcji snajperskich.

To sugeruje, by pocisk miał kształt (powiedzmy) strzały do łuku. Długi i cienki. Wówczas czoło rozpycha powietrze, i optymistycznie myśląc, przez ów kanał przepycha się z małym oporem cała reszta masy. Taka strzała, dolatując do pancerza z wielką prędkością, zadziała jak owa igła walnięta młotkiem: duża siła na bardzo małej powierzchni.

Owszem, można powiedzieć, jaką konkretnie wielkość narzuca końcowa prędkość pocisku: to stosunek masy do powierzchni, na którą działają gazy prochowe. Im powierzchnia większa, a masa mniejsza, tym większa prędkość końcowa. To jest nauka, że sabot powinien być jak najlżejszy, nie może też stawiać dużego oporu w ruchu.

Tu zastrzegam: to moje konfabulacje. Opowiadam jednak je dla ilustracji tezy, że sprawy można opowiadać tak, by dało się cokolwiek zrozumieć i opowiedzieć cokolwiek więcej poza prezentacją znajomości żargonu technicznego.

Co do powodów stosowania zubożonego uranu jestem jednak pewien swego. To jest uczenie zwana gęstość 19,05 grama na centymetr sześcienny. Uran jest jedną z najgęstszych substancji, jakie znamy (nieco gęstsze są wolfram i złoto). Wspomniany w artykule węglik wolframu, substancja bardzo twarda i stosowana zamiast diamentu, ma gęstość 15,63 grama na centymetr sześcienny. Zaś ołów, powszechnie stosowany do wyrobu kul, ma zaledwie 11,3 grama na centymetr sześcienny. Można przeprowadzić kilka pouczających oszacowań, z których wyniknie, że zwiększanie gęstości amunicji bardzo się opłaca. Na przykład jeśli chcemy podnieść energię pocisku poprzez podniesienie prędkości, jednocześnie zwiększymy przynajmniej z kwadratem prędkości straty na opór powietrza (a zwykle z trzecią potęgą prędkości). Więc lepiej zwiększyć masę pocisku bez zwiększania jego wymiarów.

Dlaczego nie jest używany cięższy pierwiastek, czyli osm? Bo istnieją pomiary, w  których cięższy okazał się iryd. Bo cena. Czemu nie wolfram? To są już szczegóły techniczne, z których pewne niebagatelną rolę gra fakt, że zubożony uran jest produktem mniej więcej odpadowym.

Oto taka obserwacja. Kolejny raz w tekście popularyzatorskim wyprodukowanym przez tak zwanych ekspertów przepadła ta najważniejsza sprawa, która jednocześnie najprościej tłumaczy, czemu właśnie tak, a nie inaczej "się robi".  Konkretna fizyczna cecha, która spowodowała, że do produkcji kul zastosowano ołów, a nie twarde żelazo jak na  miecze, czyli wielka gęstość – gdzieś zniknęła. Rzecz  najistotniejsza utonęła w "samostrzeniach" czy zdolności do zapłonu. Czemu uran? Bo jest jeszcze gęstszy niż ołów.  Dodać warto, że  to gęstość materiału, z którego zrobione są pociski, jest czynnikiem rażącym. To ona powoduje, że  kule nie zbaczają z toru. Ona także sprawia, że pocisk i potrafi dolecieć na dużą odległość, i zachować prędkość mimo oporu powietrza. Można kombinować  z różnymi cudownymi konstrukcjami, lecz wystarczy mieć ciężki materiał (uran) – a prawidłowo ta cecha zwie się duża gęstość – i to załatwi sprawę. Przeczytałem uważnie cały tekst. Może i przegapiłem stosowny fragment, lecz lekturę ukończyłem z przekonaniem, że autor owszem, napisał o WADZE, ale słówko "gęstość" nie padło.

Puenta? A choćby taka, że zauważyliście może modę na tzw. ekspertów? Czym oni się zajmują? Sprzedawaniem złudzenia, że są ekspertami. Robi się to, wypisując obco brzmiące słówka, które  mają stworzyć wrażenie fachowego języka... i niewiele więcej.

Niestety, aby wiedzieć czemu to owa gęstość decyduje, że jakiegoś materiału użyjemy do choćby produkcji kul, trzeba rozumieć to pojęcie. A sednem jest tu ułamek, gdzie dla zwiększenia stopnia trudności w liczniku i mianowniku mamy inne jednostki.

Świat się zdaje robić się coraz  mądrzejszy, przynajmniej na długich odcinkach czasu. Na owych ekspertów już narzekałem (i to nie raz), i to zdając sobie sprawę, że brzmię jak maruda. Bo, może trochę paradoksalnie, świat jednak idzie do przodu i robi się coraz bardziej uporządkowany, lepszy. Więc jeśli się z czymś nie trafi, wygląda to jeszcze gorzej i tym bardziej nie pasuje.

Niestety, jeśli z  dywagacji o  materiale z którego robimy pociski usuniemy gęstość, to owe dywagacje stracą  wszelką wartość. W szczególności nie pozwolą samodzielnie rozumieć „dlaczego”.

Pieklę się, bo to właściwe wyjaśnienie zdaje mi się na wyciągnięcie ręki. Jednocześnie wiem, że są takie szkolne nieszczęścia. Nie wszystko wskakuje do głowy zupełnie bez wysiłku, na przykład nad pojęciem gęstości trzeba się chwilę pogłowić. Jakiś kwadrans, albo mniej…

Tyle dzieli takie opowieści o świecie, które pozwalają nam samodzielnie przewidywać co się stanie, jakiego materiału ktoś użyje, co jak zrobi, od z przeproszeniem gulgotania, które może i komuś zdaje się uczone, lecz tylko zdaje.

Adam Cebula