HỎI. Liệu ta có thể tạo ra được một động cơ phản lực đủ để bay lên khi bắn những khẩu súng máy xuống đất không?
— Rob B.
ĐÁP. Tôi đã rất ngạc nhiên khi biết câu trả lời là có thể. Tuy nhiên, để biến ý tưởng này thành sự thật, có lẽ bạn sẽ muốn nói chuyện với những người Nga.
Nguyên lý hoạt động ở đây là khá đơn giản. Khi bắn một viên đạn về phía trước, sức giật sẽ đẩy người bắn về phía sau. Tương tự như vậy, nếu bạn bắn thẳng đứng xuống dưới, sức giật sẽ đẩy bạn lên trên.
Đầu tiên chúng ta cần phải biết là “liệu một khẩu súng có thể tự nâng trọng lượng của chính nó lên được không?” Nếu một khẩu súng máy nặng 5kg nhưng chỉ tạo ra một lực giật tương đương 4kg khi bắn thì nó sẽ không thể tự nâng được bản thân nó lên khỏi mặt đất, chứ đừng nói đến việc nâng cả nó lẫn người lên nữa.
Trong lĩnh vực kỹ thuật, tỷ số giữa lực đẩy của một máy bay với khối lượng của nó được gọi là tỷ số lực đẩytrọng lượng. Nếu tỷ số này nhỏ hơn 1, phương tiện bay sẽ không thể bay lên. Tên lửa Saturn V có tỷ số lực đẩytrọng lượng để cất cánh khoảng 1,5.
Mặc dù lớn lên ở miền Nam, nhưng tôi không thực sự là một chuyên gia về súng đạn. Do vậy, để trả lời câu hỏi này, tôi đã nhờ một người quen sống ở Texas.[1]
Chú ý: làm ơn, LÀM ƠN không thử nghiệm tại nhà.
Hóa ra, khẩu AK-47 có tỷ số lực đẩytrọng lượng xấp xỉ bằng 2. Điều này có nghĩa là nếu bạn dựng đứng khẩu súng rồi làm thế nào đó để kéo cò liên tục, khẩu súng sẽ tự nhấc nó lên khỏi mặt đất.
Điều này không đúng đối với mọi khẩu súng máy. Khẩu M60 chẳng hạn, nó không tạo ra đủ lực đẩy để có thể tự nhấc mình lên khỏi mặt đất.
Độ lớn của lực đẩy tạo ra bởi một quả tên lửa (hoặc khẩu súng đang bắn) phụ thuộc vào (1) khối lượng vật chất nó đẩy ra phía sau và (2) tốc độ đẩy lượng vật chất này. Lực đẩy là tích của hai đại lượng này:
Lực đẩy = Khối lượng vật chất phóng ra mỗi giây × Tốc độ phóng.
Nếu một khẩu AK-47 bắn ra mười viên đạn nặng 8 gram mỗi giây với tốc độ 715 ms, lực đẩy của nó là:
Do súng AK-47 chỉ nặng 4,76 kg khi mang đạn nên nó có thể bị nhấc khỏi mặt đất và bay lên.
Trong thực tiễn, lực đẩy thực tế có thể cao hơn khoảng 30%. Nguyên nhân ở đây là vì trong lúc bắn, khẩu súng không chỉ nhả đạn, mà còn phụt ra cả khí nóng và các mảnh vụn. Phần phát sinh thêm này phụ thuộc vào loại súng cũng như loại đạn được sử dụng.
Hiệu quả tổng thể cũng phụ thuộc vào việc bạn đẩy vỏ đạn ra khỏi phương tiện hay mang theo chúng bên mình. Tôi đã nhờ những người bạn Texas của tôi cân thử những vỏ đạn để tôi tính toán. Khi họ gặp khó khăn khi đi tìm cân, tôi đã đưa ra một gợi ý rất hữu ích rằng với lượng súng trong kho vũ khí của họ, họ chỉ cần đi kiếm một người nào khác có cân mà thôi.[2]
Vậy những thứ trên có ý nghĩa gì với động cơ phản lực của chúng ta?
Khẩu AK-47 có thể tự nhấc khỏi mặt đất, tuy nhiên nó không có đủ lực đẩy để nâng thêm vật gì khác nặng hơn một con sóc.
Chúng ta có thể thử sử dụng nhiều khẩu súng cùng lúc. Nếu bạn dùng hai khẩu súng bắn xuống đất, nó sẽ tạo ra một lực đẩy gấp đôi. Khi mỗi khẩu súng có thể nâng được thêm 2 kg ngoài khối lượng của chúng, thì hai khẩu sẽ nâng được thêm 4 kg.
Tới đây thì chúng ta đã rõ mình sẽ làm như thế nào:
Hôm nay bạn không bay vào không gian.
Nếu chúng ta dùng đủ số lượng súng, trọng lượng của hành khách là không quan trọng nữa, nó được chia đều cho mỗi khẩu súng thành một con số không đáng kể. Vì cái động cơ kỳ quái này thật ra chỉ là các khẩu súng riêng biệt bay song song với nhau, nên khi số lượng súng tăng, tỷ số lực đẩytrọng lượng tiến tới giá trị như trong trường hợp chỉ có một khẩu súng nhả đạn và không có thêm ai:
Nhưng có một vấn đề ở đây: đạn dược.
Một băng đạn AK-47 chứa 30 viên. Với tốc độ 10 viên trong một giây, nó cho thời gian gia tốc không đáng kể, cỡ 3 giây.
Chúng ta có thể tăng thời gian này bằng cách sử dụng băng đạn lớn hơn, nhưng chỉ tới một mức nào đó thôi. Hóa ra là không có lợi gì nếu bạn mang nhiều hơn 250 viên đạn. Đây chính là vấn đề trung tâm và cơ bản trong khoa học tên lửa: nhiên liệu làm bạn nặng hơn.
Mỗi đầu đạn nặng 8 gram, và toàn bộ cả viên đạn (đầu đạn, vỏ đạn và thuốc nổ) nặng hơn 16 g. Nếu chúng ta thêm vào hơn 250 viên đạn, khẩu AK-47 sẽ quá nặng để có thể nhấc lên.
Điều này cho thấy rằng phương tiện bay tối ưu của chúng ta sẽ gồm có một lượng lớn AK-47 (ít nhất là 25 khẩu nhưng tốt nhất thì từ 300 khẩu trở lên) mang băng đạn 250 viên mỗi khẩu. Mẫu lớn nhất của phương tiện bay này có thể gia tốc hướng lên tới tốc độ lên đến 100 ms, và đạt tới độ cao nửa cây số trên không.
Như vậy là chúng ta đã trả lời được câu hỏi của Rob. Với một lượng súng máy đủ lớn, bạn có thể bay.
Nhưng dàn AK-47 của chúng ta rõ ràng không phải là một động cơ hữu dụng. Liệu chúng ta có thể làm tốt hơn không?
Anh bạn người Texas của tôi đã đưa tôi một danh sách các loại súng máy khác nhau, và tôi đã chạy tính toán cho mỗi loại. Một vài loại bắn khá tốt, ví dụ như khẩu MG-42, một loại súng máy nặng hơn nhưng có tỷ số lực đẩytrọng lượng cao hơn một chút so với AK-47.
Sau đó chúng tôi thử đi xa hơn.
Loại súng GAU-8-Avenger có tốc độ bắn lên tới 60 viên đạn loại 0,5 kg trong một giây. Nó tạo ra lực đẩy khoảng 5 tấn. Bạn sẽ hình dung ra được con số này khủng khiếp nhường nào khi biết rằng cả hai động cơ của máy bay mà nó gắn lên (A-10 “Warthog”) chỉ tạo ra 4 tấn lực đẩy. Nếu bạn đặt hai khẩu GAU-8-Avenger trên một chiếc máy bay, và bắn đồng thời hai súng về phía trước đồng thời gạt hết cần tốc độ (throttle) lên để bay thật nhanh, thì lực đẩy của súng sẽ thắng và bạn sẽ bắn về phía sau.
Hay nói cách khác, nếu gắn một khấu GAU-8 trên nóc xe ô tô, cài số mo và bắn ngược ra sau khi xe đang đứng yên, tôi sẽ vượt qua vận tốc tối đa cho phép của đường liên bang (113 kmh) trong vòng chưa tới 3 giây.
“Thực ra điều khiến tôi thắc mắc không phải là tại sao, mà là bằng cách nào.”
Người Nga thậm chí đã chế tạo được loại súng còn tốt hơn nếu dùng nó làm động cơ phản lực. Khẩu Guyazer-Shipunov GSh-6-30 chỉ nặng bằng một nửa khẩu GAU-8 và có tốc độ bắn nhanh hơn. Tỷ lệ lực đẩy/ trọng lượng của nó gần tới 40, nghĩa là nếu bạn chỉ khẩu súng này xuống đất rồi bắn, nó không chỉ bay lên và trở thành một luồng mảnh vỡ kim loại chết người đang tóe ra nhanh chóng, mà bạn sẽ được trải nghiệm gia tốc tới 40 g.
Gia tốc đó quá lớn. Thực tế, ngay cả khi nó được gắn chặt vào một chiếc máy bay thì gia tốc vẫn là vấn đề:
Độ giật của súng… vẫn gây thiệt hại cho máy bay. Giảm tốc độ bắn xuống 4.000 viênphút cũng không có giúp được nhiều. Đèn hạ cánh hầu như luôn vỡ sau khi bắn… Bắn hơn 30 viên liên tục là muốn gặp rắc rối vì quá nhiệt…
Nhưng nếu bạn cố định được người ngồi trên, chế tạo chiếc máy bay bền đến mức có thể không bị vỡ do gia tốc, bọc chiếc GSX-6-30 trong một lớp vỏ khí động lực, và đảm bảo rằng nó luôn được làm mát tương đối đủ…
… thì bạn sẽ có thể bay qua núi.
❀ ❀ ❀
[1] Tương tự, thang đo cường độ gió F (Fujita) đã được thay thế bằng thang EF (Fujita mở rộng). Đôi khi, một đơn vị đo trở nên lỗi thời bởi vì xài nó rất kinh khủng – chẳng hạn, “kip” (1.000 pound lực), “kcfs” (hàng nghìn foot khối mỗi giây), và “độ Rankine” (độ F trên độ không tuyệt đối). (Tôi đã phải đọc các bài báo kỹ thuật sử dụng các đơn vị này.) Những khi khác, bạn có thể nhận thấy rằng các nhà khoa học chỉ muốn có thứ gì đó để “chỉnh” mọi người.
[2] Trong phim Star Wars, con tàu Death Star bắn một chùm tia phá hủy toàn bộ Alderaan chỉ trong một phần tí teo của giây. (ND)
