Warum prallt eine Kugel vom Wasser ab?

Der Mechanismus wird beispielsweise in W. Johnson, Int. J. Impact Engng, Bd. 21, Nr. 1-2, S. 15-24 und 25-34. 1998.

Die folgenden Hauptannahmen werden verwendet, um die ungefähre Birkhoff-Formel für den kritischen Abprallwinkel für ein sphärisches Projektil abzuleiten:

(i) Der Druck $ p $ auf eine sphärische Oberfläche Element entlang seiner nach außen gezeichneten Normalen ist $ \ rho u ^ 2/2 $; u ist die Vorwärtsgeschwindigkeit der Kugel, die entlang der Normalen aufgelöst wird.

(ii) Der Druck gilt nur für diejenigen Teile der Kugel, die unter der ungestörten Wasseroberfläche eingetaucht sind. Es wird angenommen, dass die Wirkung des Spritzens auf die Kugel keinen Druck ausübt.

Daher glaube ich, dass die Oberflächenspannung vernachlässigbar ist.

Es hat nichts mit Oberflächenspannung zu tun (Kunst am wenigsten für große Objekte).
Es ist einfach die Kraft, die erforderlich ist, um das Wasser aus dem Weg zu beschleunigen, damit das Objekt dies kann sinken.

Stellen Sie sich eine Kugel vor, die von einer anderen Kugel oder einer Metallrüstung abprallt. Kein Problem, das zu akzeptieren, es sind nur Newtons Gesetze und Impulse. Brunnenwasser hat auch Masse und benötigt eine Kraft, um es auf genau die gleiche Weise zu beschleunigen. Der einzige Unterschied beim Abprallen einer Kugel, eines Steins oder einer Bombe besteht in der Geschwindigkeit und dem Winkel sowie darin, wie viel Wasser Sie bewegen müssen und wie schnell

Ich bin mir nicht sicher, bei welcher Geschwindigkeit / welchem Druck die Viskosität zu einem Faktor wird. Hat jemand versucht, Steine von superflüssigem Helium abzuschöpfen?

Kommentare

• Um Ihren hervorragenden Standpunkt zur Verdrängungsträgheit zu bekräftigen, hat Myth Busters eine Episode veröffentlicht, in der moderne Gewehre einmal mit Bürgerkriegsmusketen verglichen wurden, um unter Wasser schwimmende Menschen zu erschießen. Das eindeutige Ergebnis: Die Bürgerkriegsmuskete war für Schwimmer tödlich modernes Gewehr harmlos. Warum? Weil sich die modernen Kugeln so schnell bewegten, dass sich das Wasser im Vergleich eher wie ein Feststoff als wie eine Flüssigkeit bewegte, wodurch sich die Kugel selbst zerstörte. Die viel langsamere Bürgerkriegskugel gab dem Wasser vor ihr genug Zeit aus dem Weg gehen, damit die Kugel viel weiter gehen kann. (Schöne He-4-Frage, übrigens!)
• Als ich die Fluiddynamik studierte (die ich ‚ meistens vergessen habe), gab es etwas namens Reynolds Nummer , die Trägheit mit viskosen Kräften in Verbindung bringt.
• Ich denke, ein Problem bei dieser Antwort ist das Konzept, dass Wasser “ herausbewegt die Art und Weise, wie “ und “ wie schnell. “ Wenn Sie einen Baseball auf einen sehr werfen dickes Stück Glas und es prallt ab ‚ ist nicht genau zu sagen, dass die Glasmoleküle ‚ nicht schnell genug aus dem Weg gehen konnten. Es scheint eher ein Problem der Elastizität der Kollision zu sein.
• @John – Ich denke, eine elastische Kollision mit einem Fenster unterscheidet sich von einem Rückstoß aus einer Flüssigkeit. Bei einer sehr hohen Geschwindigkeit oder mit einer nicht-newtonschen Flüssigkeit könnte der Rückstoß elastisch sein und sich sehr wie Glas verhalten – aber ich denke, beim Abschöpfen von Steinen ist es ‚ nützlicher, daran zu denken In Momentum ausgedrückt, liek ein Newton-Cradle-Spielzeug
• @MartinBeckett – ich stimme zu. Mein Punkt war, dass dieses Konzept, dass Partikel nicht in der Lage sind, “ aus dem Weg zu räumen, “ schnell genug falsch erscheint.Bei ausreichender Energie bewegt sich ein Teilchen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit aus dem Weg. ‚ scheint keine sehr wissenschaftliche Erklärung zu sein.

Als Teilchenphysiker neige ich dazu, dies als eine halbelastische Streuung zu betrachten, bei der die Geschwindigkeit und der Einfallswinkel sowie die Kohäsion des Mediums in die Lösung eintreten müssen.

Wenn es sich um einen Feststoff handelt, Bei hoher Kohäsion besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit für Abpraller / semi-elastische Streuung.

Ein Asteroid, der die Oberseite der Atmosphäre überfliegt, benötigt eine sehr hohe Geschwindigkeit und einen kleinen Streifwinkel.

Dazwischen liegen Flüssigkeiten, abhängig von den angegebenen Variablen.

Ich gehe davon aus, dass die Elektronen des Projektils in einem bestimmten Winkel und mit einer bestimmten Geschwindigkeit auf mikroskopischer Ebene die Projektion der Elektronen der Oberfläche als undurchdringliches Kontinuum betrachten , vergleichbar mit dem, der normalerweise von Festkörpern dargestellt wird.

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• Würde ein einzelnes Elektron brechen, wenn es in ein Medium eintritt, das seine Geschwindigkeit behindert? Vielleicht Eine Gruppe von Elektronen verhält sich wie ein Puls einzelner Elektronen. Einige würden diffus streuen und andere würden brechen. Aber weil sie gebunden sind, streuen statt zu streuen Wassermoleküle und die Elektronen in der Kugel brechen. Ist das sinnvoll?
• @John Mehr oder weniger. Sie streuen gemeinsam als Teil des festen Projektils. Die Wassermoleküle müssen für ein Delta (Zeit) wie ein Feststoff erscheinen. Und es ist Reflexion, nicht Brechung.
• annav, ich ‚ frage mich, ob eine einzelne Elektronen, die sich wie eine Welle verhalten, würden sich brechen, wenn sie von Luft zu Wasser wandern. Und vielleicht könnte die Kugel als eine Gruppe von Elektronen (Puls) gesehen werden, die sich wie eine Welle verhält, die reflektiert wird, wenn der Einfallswinkel gleich dem Brechungswinkel ist.
• Brechung ist, wenn der Strahl in das Wasser eintritt. Reflexion, wenn es verstreut ist. Ein einzelnes Elektron hätte quantenmechanisch eine gewisse Wahrscheinlichkeit, in das Wasser einzudringen, zu brechen und zu reflektieren. Wiederum würde es vom Einfallswinkel, der Geschwindigkeit des Elektrons und der Dichte des Mediums abhängen, auf das es auftrifft. Die Elektronen auf der Oberfläche des Projektils sehen das kollektive Feld von der Oberfläche der Flüssigkeit aus, und das Projektil prallt entweder ab oder dringt ein. Sind Sie verwirrt von “ Totalreflexion „? de.wikipedia.org/wiki/Total_reflection