Лесная поляна

Принцип действия

Пушка Гаусса состоит из соленоида, внутри которого находится ствол (как правило, из диэлектрика). В один из концов ствола вставляется снаряд (сделанный из ферромагнетика). При протекании электрического тока в соленоиде возникает магнитное поле, которое разгоняет снаряд, «втягивая» его внутрь соленоида. Снаряд при этом получает на концах полюса симметрично полюсам катушки, из-за чего после прохода центра соленоида снаряд притягивается в обратном направлении, т.е. тормозится. Но если в момент прохождения снаряда через середину соленоида отключить в нём ток, то магнитное поле исчезнет, и снаряд по инерции вылетит из другого конца ствола. Но при выключении источника питания в катушке образуется ток самоиндукции, который имеет обратное направление тока, и по этому меняет полярность катушки. А это значит, что при резком выключении источника питания снаряд, пролетевший центр катушки, будет отталкиваться и получать ускорение дальше. В ином случае, если снаряд не достиг центра, он будет тормозиться.

Для наибольшего эффекта импульс тока в соленоиде должен быть кратковременным и мощным. Как правило, для получения такого импульса используются электрические конденсаторы. Если используется полярный конденсатор (напр. на электролите), то в цепи обязательно должны быть диоды, которые защитят конденсатор от тока самоиндукции и взрыва.

Параметры обмотки, снаряда и конденсаторов должны быть согласованы таким образом, чтобы при выстреле к моменту подлета снаряда к середине обмотки ток в последней уже успевал бы уменьшится до минимального значения, то есть заряд конденсаторов был бы уже полностью израсходован. В таком случае КПД одноступенчатой пушки Гаусса будет максимальным.

Преимущества и недостатки

Пушка Гаусса в качестве оружия обладает преимуществами, которыми не обладают другие виды стрелкового оружия. Это отсутствие гильз и неограниченность в выборе начальной скорости и энергии боеприпаса, а так же скорострельности орудия, возможность бесшумного выстрела в том числе без смены ствола и боеприпаса (если скорость снаряда не превышает скорости звука), относительно малая отдача (равная импульсу вылетевшего снаряда, нет дополнительного импульса от пороховых газов или движущихся частей), теоретически, больша́я надежность и износостойкость, а так же возможность работы в любых условиях, в том числе космического пространства.

Однако, несмотря на кажущуюся простоту пушки Гаусса и её преимущества, использование её в качестве оружия сопряжено с серьёзными трудностями.

Первая трудность — низкий КПД установки. Лишь 1-3 % заряда конденсаторов переходят в кинетическую энергию снаряда. Отчасти этот недостаток можно компенсировать использованием многоступенчатой системы разгона снаряда, но в любом случае КПД редко достигает даже 10 %. Поэтому пушка Гаусса по силе выстрела проигрывает даже пневматическому оружию.

Вторая трудность — большой расход энергии (из-за низкого КПД) и достаточно длительное время перезарядки конденсаторов, что заставляет вместе с пушкой Гаусса носить и источник питания (как правило, мощную аккумуляторную батарею). Можно значительно увеличить эффективность, если использовать сверхпроводящие соленоиды, однако это потребует мощной системы охлаждения, что значительно уменьшит мобильность пушки Гаусса.

Третья трудность (следует из первых двух) — большой вес и габариты установки, при её низкой эффективности.

Таким образом, на сегодняшний день пушка Гаусса не имеет особых перспектив в качестве оружия, так как значительно уступает другим видам стрелкового оружия. Перспективы возможны лишь в будущем, если будут созданы компактные, но мощные источники электрического тока и высокотемпературные сверхпроводники (200—300К).

Пушка Гаусса в научной фантастике

Пушка Гаусса весьма популярна в научной фантастике, где выступает в качестве персонального высокоточного смертоносного оружия, а также стационарного высокоточного и (реже) высокоскорострельного оружия.

Кроме того, пушка Гаусса фигурирует в ряде компьютерных игр. Забавно то, что в основном оружие наделено спецэффектами, которых быть не должно.
В Master of Orion и Master of Orion 2 космические корабли могут вооружаться пушками Гаусса. Урон, наносимый снарядами в случае попадания, не уменьшается с расстоянием до цели.
В Command & Conquer 3: Tiberium Wars у GDI танки Хищник и Мамонт могут быть модернизированы орудиями Гаусса, штурмовики (Zone Troopers) поставляются с ним изначально. Мощнейшее противотанковое оружие. В оригинале называется "Railgun". На самом деле railgun - это несколько иное оружие, именуемое рельсотрон.
В Crimsonland есть оружие Gauss Gun — Пушка Гаусса, поражающая врага мгновенно и по всей линии выстрела. Также есть Gauss Shotgun — оружие того же принципа действия, но стреляющее несколькими снарядами, каждый из них меньшей мощности, чем одиночный выстрел Gauss Gun.
В Fallout 2 существуют ружьё Гаусса и пистолет Гаусса, самое точное и мощное оружие из неэнергетического оружия из вселенной Fallout, являющееся из-за своей убойности оружием, стреляющим только одиночными выстрелами. В Fallout Tactics появился четырёхствольный пулемёт Гаусса, собранный по системе Гатлинга.
В Half-Life есть экспериментальное оружие, именуемое Тау-пушкой. Во второй части игры такую пушку устанавливают на песчаном багги Гордона Фримена, а также она работает в бете и в SMod.
Во вселенной Battletech (цикл книг, игры серий MechCommander и MechWarrior) пушку Гаусса можно установить на мех. Принадлежит к баллистическому оружию большой дальности, и наносит такой же урон, как PPC, но перезаряжается быстрее.
В Ogame пушка Гаусса является одним из возможных планетарных оборонительных сооружений, уступая по мощности только плазменному орудию.
В Savage: The Battle For Newerth есть оружие Coil Rifle, действующее по принципу Гаусса.
В S.T.A.L.K.E.R. есть снайперская винтовка "Гаусс пушка" — оружие, имеющее очень низкую скорострельность, но максимальную мощность. По описанию, она использует энергию аномальных образований Зоны: «Источником энергии является капсулированный фрагмент артефакта "Вспышка"».
В StarCraft пехотинцы вооружены автоматической винтовкой Гаусса C-14 «Impaler». Призраки также имеют винтовки C-10, именуемыми «Canister Rifles» («Картечными винтовками»).
В Supreme Commander многие войска UEF вооружены пушкой Гаусса.
В X-COM: Terror from the Deep имеется ручная пушка Гаусса, которая может стрелять под водой.
В игровой вселенной Warhammer 40,000 воины Некронов вооружены пушками Гаусса.
В Crysis главному герою предоставляют винтовку Гаусса, являющую собой снайперское оружие с максимальным уроном.

Главными чертами научного наследия Гаусса являются неизменная связь в его исследованиях теории и практики во всех многочисленных областях науки, которыми он занимался. Работам Гаусса обязаны своим развитием высшая алгебра, теория чисел, дифференциальная геометрия, теория притяжения, классическая теория электромагнетизма, геодезия, многие отрасли теоретической астрономии.

Его работы по физике известны меньше математических. Большую часть их он выполнил совместно с молодым физиком Вильгельмом Вебером, с которым он познакомился в 1828 году в гостях у Гумбольдта. В 1831 году 27-летний Вебер по приглашению Гаусса переезжает в Геттинген.

Вот некоторые достижения Гаусса в области физики:

В 1829 году сформулирован принцип наименьшего принуждения (принцип Гаусса). Он используются для составления уравнений движения механических систем и изучения свойств этих движений. Принцип и сейчас применяется в решении задач механики, динамики сложных управляемых систем, динамики живых организмов, квантовой физики, теории гравитации и многих других областях.

В 1832 году Гаусс создал абсолютную систему мер, введя три основных единицы: единицу времени – 1 секунду, единицу длины – 1 сантиметр и единицу массы – 1 грамм. Кстати, именем самого Гаусса была названа единица магнитной индукции в системе единиц см-г-сек (СГС). Она широко использовалась до 60-х годов ХХ века, когда была введена система единиц СИ.

Карл Фридрих Гаусс

В 1833 году совместно с Вебером Гаусс построил первый в своей стране электромагнитный телеграф, который связал обсерваторию и физический институт в Гёттингене. Этот телеграф был примитивен, не очень удобен в эксплуатации и позднее был вытеснен телеграфом системы Самюэля Морзе.

В 1835 году создал магнитную обсерваторию при Гёттингенской астрономической обсерватории. Изучая земной магнетизм, изобрёл в 1837 году униполярный магнитометр, а в 1838 году – бифилярный. Первый использовался для измерения склонения магнитного поля Земли, а второй – для определения горизонтальной силы.

В 1839 году в сочинении «Общая теория сил притяжения и отталкивания, действующих обратно пропорционально квадрату расстояния», изложил основные принципы теории потенциала, в частности, ряд положений и теорем. Среди них – основную теорему электростатики (теорема Гаусса-Остроградского).

В 1840 году в работе «Диоптрические исследования» впервые разработал для сложных оптических систем общую теорию построения изображений. Этой теорией оптики пользуются до сих пор.

В 1845 году пришёл к мысли о конечной скорости распространения электромагнитных взаимодействий. Доказано это предположение было гораздо позднее.