Старые гладкоствольные пушки отличались многими недостатками. Они стреляли шаровыми снарядами, ядрами или бомбами и заряжались с дула. Сначала закладывался в орудие заряд, затем снаряд. Как ни старались артиллеристы уменьшить просвет – зазор между снарядом и стенками ствола пушки, – всегда оставалось некоторое пространство. При выстреле пороховые газы, толкавшие снаряд, прорывались вперед, давление газов уменьшалось и часть силы заряда пропадала. Кроме того, во время полета шаровая поверхность ядер и бомб плохо преодолевала сопротивление воздуха, снаряд быстро терял скорость и «сбивался» с точного направления.
Старинный дымный порох (называемый также «черным порохом») был плохого качества: давление пороховых газов в канале ствола было небольшим. Поэтому и начальная скорость полета снаряда была тогда также небольшой.
Сила удара снаряда в цель, так называемая «живая сила» снаряда, определяется так: вес снаряда надо умножить на скорость его в момент удара в цель, а затем получившееся произведение снова умножить на эту же скорость, все это произведшие надо разделить на 20. Вес выражается в килограммах, а скорость в метрах в секунду; это значит, что за скорость принимается то число метров, которое снаряд пролетает в одну секунду.
Теперь решим простую задачу. «Монитор» стрелял в «Мерримака» ядрами весом примерно в 70 килограммов; предположим, что скорость полета их в момент удара о броню равнялась 300 метрам в секунду. Какова была сила удара? Простое вычисление подскажет, что эта сила равнялась 315 000 килограммометров. В таких единицах выражается энергия удара. Полученное число означает, что сила удара снаряда «Монитора» достаточна, чтобы поднять тяжесть в 315 тонн на высоту в один метр.
Этой силы оказалось недостаточно, чтобы пробить насквозь борта «Мерримака». Значит, нужно было увеличить силу удара. А как это сделать?
Можно увеличить вес снаряда, тогда сила удара увеличится во столько раз, во сколько увеличился вес снаряда. Можно увеличить начальную скорость полета снаряда, тогда сила удара вырастет еще больше, чем от увеличения веса снаряда; ведь скорость два раза участвует в произведении, выражающем силу удара. И, наконец, лучше всего было бы увеличить и вес снаряда и его скорость. Тогда можно было бы ожидать, что сила удара намного вырастет и броня будет побеждена.
В первый раз задача увеличения силы удара была решена, когда моряки ввели на кораблях «нарезные» пушки, стреляющие не шаровым, а продолговатым снарядом цилиндрической формы и заряжающиеся не с дула, а с казенной частиnote 3 На этих пушках, на внутренней поверхности канала ствола, нарезались винтовые выступы-«нарезы». Продолговатый снаряд снабжался пояском из мягкого металла. При выстреле этот поясок врезался в выступающие нарезы, снаряд начинал вращаться и вылетал из дула, как запущенный волчок.
Какое же преимущество было у «нарезных» пушек с продолговатыми снарядами? Прежде всего резко увеличился вес снаряда. Продолговатый снаряд был в три-четыре раза длиннее шарового и: поэтому тяжелее в четыре-пять раз. Значит, и сила удара вырастала во столько же раз.
Затем пороховые газы, запертые пояском, больше не прорывались между снарядом и стенками канала ствола орудия. Поэтому увеличилась сила давления газов, снаряд с большей скоростью вылетал из дула, увеличивалась его начальная скорость. А от этого еще больше вырастала сила удара. Благодаря своей форме и вращению удлиненный снаряд меньше терял скорость в воздухе и легче преодолевал сопротивление воздуха; это тоже увеличивало скорость полета и силу удара. Кроме того, такой снаряд летел дальше и точнее попадал в цель. При подсчете силы удара появились другие, большие числа. Пушка такого же калибра, как была на «Мониторе», могла стрелять снарядом весом 350 килограммов со скоростью при ударе 500 метров в секунду, а сила удара получалась уже не 315 000 килограммометров, а 3 125 000 килограммометров, почти в десять раз больше.
В удлиненный снаряд можно было поместить и большее количество взрывчатой начинки.