Hvorfor springer en kugle af vand?

Mekanismen forklares f.eks. i W. Johnson, Int. J. Impact Engng, bind 21, nr. 1-2, s. 15-24 og 25-34. 1998.

Følgende hovedantagelser bruges til at udlede den omtrentlige Birkhoff-formel for den kritiske ricochet-vinkel for et sfærisk projektil:

(i) Trykket $ p $ på en sfærisk overflade element langs dets udadvendte normale er $ \ rho u ^ 2/2 $; u er kuglens fremadgående hastighed, der er løst langs det normale.

(ii) Trykket gælder kun for de dele af kuglen, der nedsænkes under den uforstyrrede overflade af vandet. Effekten af stænken på sfæren anses ikke for at bidrage med noget pres.

Således tror jeg, overfladespænding er ubetydelig.

Det har ikke noget at gøre med overfladespænding (kun mindst for store genstande).
Det er simpelthen den nødvendige kraft til at accelerere vandet ud af vejen for at lade objektet vask.

Forestil dig en kugle, der hopper af en anden kugle eller metal rustning. Intet problem at acceptere det, det er bare Newtons love og momentum. brøndvand har også masse og har brug for en kraft til at accelerere det på nøjagtig samme måde – den eneste forskel i at hoppe en kugle eller en sten eller en bombe er hastigheden og vinklen, og hvor meget vand du har brug for at bevæge dig og hvor hurtigt .

Jeg er ikke sikker på, i hvilken hastighed / tryk viskositeten bliver en faktor, er der nogen, der har prøvet at skimme sten af superflydende helium?

Kommentarer

• For at forstærke din fremragende pointe om forskydningstræghed lavede Myth Busters en episode, der en gang sammenlignede moderne rifler med borgerkrigsmusketter for at skyde folk, der svømmer under vandet. Det utvetydige resultat: Borgerkrigsmusketten var dødelig for svømmere, moderne riffel harmløs. Hvorfor? Fordi de moderne kugler bevægede sig så hurtigt, at vandet til sammenligning flyttede mere som et faststof end en væske, hvilket fik kuglen til at ødelægge sig selv. at bevæge sig ud af vejen og lade kuglen gå meget længere. (Nice He-4 spørgsmål, BTW!)
• Da jeg studerede væskedynamik (som jeg ‘ mest har glemt) var der noget, der hedder Reynolds Nummer , der vedrører inerti med tyktflydende kræfter.
• Jeg tror, et problem med dette svar er dette koncept med vand, der bevæger sig ” ud af vejen ” og ” hvor hurtigt. ” Hvis du kaster et baseball på en meget tykt stykke glas, og det hopper det ‘ er ikke nøjagtigt at sige, at glasmolekylerne ikke kunne ‘ ikke komme ud af vejen hurtigt nok. Det ser mere ud til et spørgsmål om kollisionens elasticitet.
• @John – Jeg tror, at en elastisk kollision med et vindue er anderledes end en rekyl fra en væske. Ved en meget høj hastighed eller med en ikke-newtonsk væske kunne rekylen være elastisk og opføre sig meget som glas – men jeg tror, at ved skummet sten hastighed er det ‘ i momentum udtryk, læk et newtons-vugge legetøj
• @MartinBeckett – Jeg er enig. Mit punkt var, at dette koncept med partikler, der ikke kunne få ” ud af vejen ” hurtigt nok, virker forkert.Med tilstrækkelig energi bevæger en partikel sig ud af vejen med næsten lysets hastighed. ‘ Det virker ikke som en meget videnskabelig forklaring.

Som partikelfysiker har jeg en tendens til at se dette som en semi-elastisk spredning, hvor hastigheden og indfaldsvinklen og mediumets samhørighed skal komme ind i opløsningen.

Hvis det er et fast stof, der har høj samhørighed, er der stor sandsynlighed for ricochet / semi-elastisk spredning.

En asteroide, der skumrer over toppen af atmosfæren, har brug for en meget høj hastighed og en lille græsningsvinkel.

Væsker er imellem, afhængigt af de anførte variabler.

Jeg forventer, at på mikroskopisk niveau ser projektilets elektroner i en given vinkel og hastighed projektion af overfladens elektroner som et uigennemtrængeligt kontinuum , sammenlignelig med den, der normalt præsenteres af faste stoffer.

Kommentarer

• Ville en enkelt elektron bryde, når den kommer ind i et medium, der hindrer dens hastighed? en gruppe elektroner opfører sig som en puls af individuelle elektroner. Nogle spreder sig diffust, og andre bryder. Men fordi de er bundet, i stedet for at sprede har du vandmolekyler, der spredes, og elektronerne i kuglen bryder. Er det fornuftigt?
• @John Mere eller mindre. De spredes kollektivt som en del af det faste projektil. Vandmolekylerne skal i et delta (tid) virke som et fast stof. Og det er refleksion, ikke brydning.
• annav, jeg ‘ spekulerer på, om en enkelt elektron, der opfører sig som en bølge, brydes, når den bevæger sig fra luft til vand. Og måske kunne kuglen ses som en gruppe elektroner (puls), der opfører sig som en bølge, der reflekteres, når indfaldsvinklen er lig med brydningsvinklen.
• brydning er, når strålen kommer ind i vandet. Refleksion, når den er spredt ud. En enkelt elektron ville, kvantemekanisk, have en vis sandsynlighed for at komme ind i vandet, bryde og nogle reflektere. Igen ville det afhænge af indfaldsvinklen, elektronens hastighed og densiteten af det medium, den påvirker. Elektronerne på projektilets overflade vil se det samlede felt fra væskens overflade, og projektilet vil enten ricochet eller trænge ind. Er du forvirret af ” total intern refleksion “? da.wikipedia.org/wiki/Total_reflection