Математика флота. Фантастика и реальность

Математика флота. Фантастика и реальность
Александр Васильевич Козлов

В этой книге рассказывается и о практическом применении математики на флоте, и ее применении во всех возможных областях!

Читателя ждет рассказ о самых интересных числах, подборка занимательных фактов о цифрах и ученых, истории о математике в прошлом, настоящем и будущем.

Читатель узнает об истории развития математики как науки, обо всех существующих системах счисления, знаменитых математиках, ментальной арифметике, ленте Мёбиуса, числе Маха… Перед вами увлекательное путешествие в мир моря и математики.

Александр Козлов

Математика флота. Фантастика и реальность

© Оформление. ООО «Русское литературное общество», 2021

© Александр Васильевич Козлов, 2021

Предисловие

В нашем сложном и бушующем мире без чтения бумажных книг не обойтись. Без чтения электронных книг, впрочем, тоже. Но о них чуть позже. Книги же бумажные, изданные типографским способом, имеют особую привлекательность и ценность. Во-первых, читатель тактильно ощущает «непосредственную связь» с книгой. А во-вторых, информация в книге изложена, как правило, системно и должным образом структурирована. Как говорят в таких случаях: буквально разложена по полочкам. Кроме того, издаваемые известными издательствами книги всегда проходят вычитку и корректуру редакторами. Что далеко не является фактом для электронных книг и тем более для различного рода интернет-публикаций. Соответственно, информация, подаваемая классическими книгами, наиболее удобна для освоения и осмысления. И особенно это актуально, когда речь идет о жанрах книг, несущих нужную, важную и полезную информацию.

Книга, которую вы держите в руках, относится к жанру научно-популярной литературы. Как ни странно, по своей популярности такого рода литература сегодня уступает лишь детективам, историческим и приключенческим романах, далеко опережая в рейтингах и поэзию, и публицистическую литературу, и даже фэнтези; а также, как это не парадоксально, научную и учебную литературу. Научно-популярная литература, по определению, направлена как на специалистов из других областей знания, так и на малоподготовленных читателей, включая детей и подростков. То есть можно сказать, что данная литература предназначенные для широкого круга читателей. Возможно, поэтому и имеет такие высокие рейтинги.

Автор данной книги флотский офицер, капитан 2 ранга запаса Козлов Александр Васильевич. Многим читателям он стал известен после издания серии книг для детей и юношей о флоте «Азбука моряка», «Морской Букварь», «Морской букварик», «Все о морских узлах», «Миссия флота». Поэтому не случайно, что и эта книга преимущественно о Военно-Морском Флоте Российской Федерации. Ведь она так и называется: «Математика флота: фантастика и реальность». Но не спешите люди «не флотские» ее сразу же откладывать в сторонку! Данная книга еще и о космическом флоте, о флоте воздушном и гражданском, а также вспомогательном и добровольном. А значит и вы наверняка сможете в ней найти очень много полезной и нужной информации. В частности, автор расскажет вам «об истории развития математики как науки, обо всех существующих системах счисления, о знаменитых математиках мира и нашей страны, о ментальной арифметике, о ленте Мёбиуса, о числе Маха и гиперзвуке…» Но и чисто флотские понятия, такие как «морской узел», «остойчивость и плавучесть корабля», «морская миля», также наверняка будут интересны широкому кругу читателей. Не говоря уже о новомодной теме применения искусственного интеллекта в военной среде. Ответит автор и на такие глобальные вопросы: «Как ходят под водой подводные лодки? Архимедова сила или что держит судно на воде?» Впрочем, достаточно одним глазком взглянуть в оглавление книги, чтобы убедиться в широте рассматриваемых тем и самому прийти к однозначному выводу: данную книгу нужно обязательно прочитать!

Как известно, немецкому ученому XVIII–XIX века Карлу Фридриху Гауссу принадлежат знаменитые слова, ставшие со временем крылатой фразой, о том, что математика является «царицей всех наук». Наверное, это слишком громкое заявление. Тем более, что полностью знаменитая фраза звучит следующим образом: «Математика – царица всех наук, а арифметика – царица математики. Она часто предоставляет услуги астрономии и другим естественным наукам, но во всех смыслах она обладает правом находиться в первых рядах». И все-таки большая доля истины в крылатой фразе есть. Поэтому читать о математике, изучать ее основы, а также знакомиться со сложнейшими и до сих пор нерешенными математическими задачами нужно! Равно как и узнавать самые большие числа Космоса или количество звезд во Вселенной. И поможет вам в этом новая книга данного автора, моего коллеги по флотской службе и писательскому ремеслу.

Могу утвердительно заявить, что Александр Козлов – настоящий патриот нашей страны и российского Военно-Морского Флота, в частности. С 2017 года является членом Союза писателей России и членом Военно-художественной студии писателей Центрального Дома Российской армии имени М. В. Фрунзе Министерства обороны Российской Федерации. Активно печатается в журналах и газетах, выступает на радио и творческих встречах, являясь также заместителем главного редактора Интернет-журнала «За тех, кто в море!». Наверное, еще и поэтому он так скрупулезно разбирается в технических характеристиках современных двигателей космических и обычных крылатых ракет, и убедительно доказывает, что наши гиперзвуковые ракеты самые быстрые и эффективные. И Военно-Морской Флот Российской Федерации, как подводные силы, так и надводные корабли, – одни из самых сильных и мощных в мире. Так что книга будет интересна еще и для людей, живо интересующихся как военной, так и космической тематикой. А для любителей фантастики книги и вовсе станут настольным справочником по изучению характеристик и возможностей всех космических движителей, уносящих героев этих книг в заоблачные таинственные миры.

А в завершении моего представления этой книги хотел бы сказать пару слов в защиту электронных книг. Тем более, что в начале этого предисловия пообещал это сделать. Электронные книги приобретают сегодня особую популярность. Ведь они занимают не так много места в памяти смартфона, всегда под рукой, удобны для скачивания с многочисленных ресурсов и для передачи «из рук в руки»: быстрого обмена между читателями. И так далее и тому подобное, ведь достоинств у электронных книг действительно не мало.

Не случайно, что Александр является одним из авторов издательства «Горизонт», специализирующегося на издании электронных книг военной тематики. Поэтому большинство книг Александра Козлова продается в электронном виде в самом крупном в России интернет-магазине электронных книг «ЛитРес». А значит, если читатели захотят ознакомиться, кроме этой книги, и с другим творчеством автора, то легко это смогут сделать.

Приятного вам чтения, дорогие читатели! И как говорят в таких случаях: «Попутного ветра и семь футов под килем!»

Секретарь Союза писателей России,

писатель-маринист, журналист,

капитан 1 ранга запаса

Владимир Шигин

От автора

Эту книгу я задумывал как продолжение серии книг для детей и юношей о Военно-морском и гражданском флотах. Четыре книги – «Азбука моряка», «Морской букварь», «Морской букварик» и «Все о морских узлах» – давно уже изданы, и их можно приобрести во многих книжных сетях. А «Математика флота» завершает эту серию.

Математика используется в военно-морском деле на каждом шагу: в морской практике, в кораблестроении, в расчетах остойчивости кораблей, в оценке волнений моря и т. д. и т. п. Я уж не говорю про столь актуальные сегодня расчеты предельной дальности поражения объектов ракетными установками и точности такой стрельбы. Не случайно, целая глава этой книги рассказывает об особо «модном» сейчас гиперзвуке и числе М, которые на слуху буквально у каждого внимательного читателя современной публицистики и разнообразных СМИ.

Но есть и еще один аспект применения математики на флоте! Впрочем, флот в данном случае рассматривается в книге не в узко специализированном, а в широком смысле. Ведь космический флот – это тоже флот! А есть еще флот морской (или иначе говоря, гражданский), воздушный, вспомогательный и даже добровольный. Конечно, мне – как капитану 2 ранга запаса – более близка тема именно Военно-морского флота! Поэтому книга едва ли не на 80 % состоит из информации по ВМФ России. Но реальные скорости применяемых на флоте крылатых ракет и математические выкладки по их практическому использованию в условиях современного морского боя настолько выросли в современном мире, что впору их реально сравнивать с выдуманными некогда математическими значениями и параметрами писателей фантастов! Ну а коль фантастика занимает сейчас лидирующие позиции в книгопечатании, то и желание расширить круг своих читателей за счет этой темы, надеюсь, вполне объяснимо. Тем более, что мое участие в различного рода программах на РЕН ТВ и канале «Звезда» по данной тематике позволило накопить большой объем информационных материалов. Поэтому с радостью поделюсь ими и с удовольствием подискутирую с моими читателями на тему востребованности нашего Военно-морского флота в современном мире, о его тактико-технических характеристиках и возможностях.

Также отдельная тема этой книги – обзор всех существующих и перспективных двигателей, как для реальных космических кораблей и российской ракетной техники, так и для фантастических межпланетных кораблей. Реальная ситуация сегодня в этой области такова, что фантастика и реальность находятся буквально в полушаге друг от друга. Не мудрено, что сейчас приходится говорить об этом уже в едином блоке освещения новостей и проведения аналитических сравнений. Именно поэтому и называется моя книга «Математика флота: фантастика и реальность».

Наверное, читатель вправе задать мне свой вопрос: «А откуда взялась у меня, флотского офицера, такая тяга и любовь к математике?» Охотно отвечаю: «Мне привили ее еще в средней школе, когда я вместе со своими школьными друзьями, в свое время, поступил в ЗФТШ (заочно физико-техническую школу) при МФТИ (Московском физико-техническом университете) в г. Долгопрудный. Этот ВУЗ до сих пор является «кузницей кадров» для Российской академии наук. Наш преподаватель по математике средней школы № 2 города Кузнецка Яков Иванович Сорокин оставил неизгладимый след в моей жизни! И если бы я не стал офицером военно-морского флота, то обязательно связал бы свою жизнь с математикой! Так что данная книга – своего рода дань той моей детской мечте и увлеченности этой замечательной научной дисциплиной! А еще – благодарная память о моем замечательном Учителе!

Соответственно, главная задача этой книги состоит в том, чтобы наглядно показать, насколько наука математика удивительна и полезна, ведь недаром ее считают «царицей наук». В этой книге рассказывается не только о практическом применении математики на флоте, но и об ее использовании во всех областях, где она так или иначе применяется! Читателя ждет рассказ о самых интересных числах и огромная подборка занимательных фактов, в цифрах и о цифрах, во всем широчайшем многообразии подобной информации. В книге собрано множество необычных сведений о флоте, моряках и морских путешествиях! Книга поведает об истории развития математики как науки, обо всех существующих системах счисления, о знаменитых математиках мира и нашей страны, о ментальной арифметике, о ленте Мёбиуса, о числе Маха и гиперзвуке и т. д. и т. п.

Фантастика и реальность будут повсеместно соседствовать на страницах этой книги! И даже о ДНК человека будет рассказано достаточно много малоизвестных и сногсшибательных фактов. Одним словом, читателей ждет увлекательнейшее путешествие в удивительный мир математики!

Итак приготовьтесь – мы начинаем свое очередное путешествие в увлекательный мир знаний!

О роли математики на флоте и об истории ее использования

Значение цифр жизни общества и флота

Цифры (от латинского слова cifra, или от арабского j (sifr) – «пустой, нуль») – система знаков для записи конкретных значений чисел. Цифрами называют только такие знаки, которые сами в отдельности описывают определённые числа (так например, знаки «-», «,» хоть и используются для записи чисел, но цифрами не являются). Слово «цифра» без уточнения обычно означает один из следующих десяти знаков (т. н. арабские цифры):

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Существуют также много других вариантов («алфавитов»):

• римские цифры (I VX LC D М);

• шестнадцатиричные цифры

(0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F);

• цифры майя (от 0 до 19);

• в некоторых языках, например, в древнегреческом, в иврите, в церковнославянском существуют система записи чис

ел буквами и другие системы.

Рис. 1. Цифры числовой системы майя

В обиходной речи во множественном числе слово цифры также может обозначать «числовые данные», так как любое число записывается набором цифр. Например, выражение «приведём такие цифры» на самом деле говорит о числах, и даже когда речь идёт об одном числовом данном, записанном одной цифрой, следует употреблять множественное число. Однако неверно говорить «здесь цифры больше», так как сравниваются не цифры, а числа. В современном русском языке слово цифра пишется через букву «и», в отличие от слов-исключений: цыган, цыплёнок, цыпочки и др.

Понятие о числе зародилось в глубокой древности, когда человек научился считать предметы: два дерева, семь быков, пять рыб… Сначала счёт вели на пальцах. В разговорной речи мы до сих пор иногда слышим: «Дай пять!», то есть подай руку. А раньше говорили: «Дай пясть!» Пясть – это рука, а на руке пять пальцев. Когда-то слово пять имело конкретное значение – пять пальцев пясти, то есть руки.

Позднее вместо пальцев для счёта начали использовать зарубки на палочках. А когда возникла письменность, для обозначения чисел стали употреблять буквы. Например, у славян буква А означала число «один» (Б не имело числового значения), В – два, Г – три, Д – четыре, Е – пять.

Постепенно люди стали осознавать числа независимо от предметов и лиц, которые могли подвергаться счёту: просто число «два» или число «семь». В связи с этим у славян появилось слово «число». В значении «счёт, величина, количество» его начали употреблять в русском языке с XI века. Наши предки использовали слово число и для указания на дату, год. С XIII века оно стало обозначать ещё и дань, подать.

В старину в книжном русском языке наряду со словом число имело хождение существительное чисмя, а также прилагательное чисменый. В XVI веке появился глагол числити – «считать».

В европейских странах получили распространение специальные знаки, обозначающие числа: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0, только во второй половине XV века. Изобрели их индийцы, а в Европу они попали благодаря арабам, поэтому и получили название «арабские цифры». Индийское происхождение так называемых «арабских цифр» было признано в науке лишь в XIX веке. Первым учёным, высказавшим эту, для того времени новую мысль, был русский востоковед Георгий Яковлевич Кер (1692–1740). Кер с 1731 года служил в Москве переводчиком коллегии иностранных дел.

В нашей стране арабские цифры появились в Петровскую эпоху. В то же время в русский язык прочно вошло слово цифра. Арабское по происхождению, оно тоже пришло к нам из европейских языков. У арабов, как было сказано выше, первоначальное значение слова цифра было «нуль, пустое место». Именно в этом значении существительное цифра и вошло во многие европейские языки, в том числе в русский. С середины XVIII века слово «цифра» приобрело новое значение – знак числа.

Совокупность цифр в русском языке называлась «цифирь» (в старой орфографии «цыфирь»). Дети, изучавшие счёт, говорили: учу цифирь, пишу цифирь. (Вспомните учителя по фамилии Цыфиркин из комедии Дениса Ивановича Фонвизина «Недоросль», который обучал нерадивого Митрофанушку цифири, то естьарифметике.) При Петре I в России открыли цифирные школы – начальные государственные общеобразовательные учебные заведения для мальчиков. В них кроме других дисциплин детям преподавали цифирную науку – арифметику, математику.