Sir Barnes Wallis var en genial ingenjör som konstruerade en mycket speciell bomb under andra världskriget. Tanken var att det skulle studsa över vatten och förstöra tyska dammar längs Ruhr -dalen, orsakar massiva översvämningar och skador på vatten- och vattenkraftförsörjning.
Dels tack vare filmen The Dam Busters från 1955, historien bakom Operation Chastise, som ägde rum den 16 och 17 maj 1943, har blivit en bekant krigstidssaga. Men Wallis faktiska arbetsberäkningar gick förlorade (passande kanske, i en översvämning på 1960 -talet). Så vad vet vi om den komplexa vetenskapen bakom de studsande bomberna?
Vi vet att tyskarna ansåg att deras dammar var ett potentiellt mål för deras fiender, och placerade torpednät framför strukturerna för att skydda dem. Och för att krossa en damm, Wallis insåg att det inte skulle fungera att peppa det med massor av små bomber. Det skulle vara skillnaden mellan att kasta en handfull sand mot ett fönster, och sedan göra samma sak med en sten.
Wallis tänkte att för att göra allvarlig skada, en enda fyra ton bomb måste detoneras alldeles upp mot dammväggen på ett djup av cirka 30 fot under vattnet. På den tiden, bombning noggrannhet på hög höjd var inte tillräckligt bra för att leverera en sådan bomb på målet. Tanken att studsa den över vattnet mot dammen som en skummande sten inspirerades.
I tidiga experiment blev några saker tydliga. Först, för att bomben skulle studsa måste den snurra - med backspin. Precis som en känslig backspin dropshot i tennis, vilket får bollen att sväva strax över nätet.
Wallis räknade ut att en bomb med backspin skulle svävas av det som kallas Magnus -effekten som motverkar nedåtgående dragkraft och ser till att den försiktigt träffade vattenytan. Om bomben träffade vattnet för hårt, det skulle detonera för tidigt, orsakar skada på flygplanet ovan, men ingen skada på dammen.
Spin innebar därför att bomberna kunde levereras från en hanterbar höjd. Att flyga på 60 fot var redan farligt lågt, men utan ryggrad skulle Lancaster -bombplanen ha behövt flyga ännu lägre och snabbare.
I Wallis tidigaste experiment arbetade han med kulor och golfbollar och det var uppenbart att hans bomb skulle vara sfärisk. Men eftersom det var lättare att tillverka cylindriska bomber, ett sfäriskt trähölje var fäst vid cylindrarna för att göra dem runda.
Dock, när den skalas upp till full storlek, höljet på de sfäriska bomberna skulle gå sönder vid stötar med vattnet. Det tog inte lång tid att fastställa att det sfäriska höljet var onödigt och att den nakna cylindern skulle studsa lika effektivt.
Spinnläkare
Till skillnad från en sfär är dock cylindrar kommer bara att studsa om de studsar rakt. Detta är den andra goda anledningen till att snurra bomben, eftersom centrifugering håller cylinderns axel horisontell så att den träffar vattnet helt och hållet. Precis som för den snurrande planeten Jorden, spinncylinderns gyroskopiska effekt stabiliserar centrifugeringsaxeln.
Wallis hittade ännu en viktig fördel med backspin. Bomben kunde inte bara slå in i dammväggen vid 240mph, eftersom det skulle detonera i förtid och inte göra någon större skada. Så han såg till att bomben landade strax utanför dammen - men för att den fortfarande snurrade, den böjde sig försiktigt ned mot dammväggen. När den nådde det önskade djupet var den precis upp mot dammen där den skulle orsaka maximal skada.
Till sist, Wallis behövde veta hur mycket explosivt att använda. Han gjorde småskaliga tester på modeller och tog sedan fram hur man skalade upp mängden sprängämne för att hantera en damm som är 120 fot hög, och helst skulle ha laddat hans bomber med 40 ton sprängämne. I händelse av (det finns bara så mycket ett plan kan bära) kunde han bara använda fyra ton, såväl som de mörka förhållandena, låg höjd och fiendens eld, precision var nyckeln.
(För vårt eget studsande bombexperiment 2011, vi fann att 50 gram sprängämne helt skulle riva en 4ft damm, så vår 30ft version skulle behöva 160kg. Vi använde 180 kg bara för att vara säker ... och det förstördes totalt.)
Efter försök med vatten i Dorset och Kent, själva razzian ägde rum tidigt den 17 maj 1943, med 19 Lancaster -bombplan som flyger ut från RAF Scampton i Lincolnshire. Efter en tre timmars flygning, det första planet ställde upp sig på Möhne -dammen, flyger i 240mph och på den farligt låga höjden på 60ft.
Bomben släpptes ungefär en halv mil framför dammen, studsade fem eller sex gånger och sjönk precis vid väggen. På det erforderliga djupet på 30 fot utlöste vattentrycket explosionen alldeles intill dammväggen. I alla, fem plan fick släppa sina bomber innan den första dammen kränktes.
Razzian var farlig, många liv gick förlorade, och dess effekt på krigets gång diskuteras fortfarande. En sak kan vi dock enas om, 75 år senare, är att Wallis med rätta kommer ihåg som en genial ingenjör.
