Det er kjent at kuler kan ricochet av en vannmasse. Er overflatespenning ansvarlig for dette, eller er dette den samme oppførselen vi ser når en asteroide ricochets av atmosfæren? Jeg tror ikke overflatespenning har noe å gjøre med det, men jeg krangler med noen som er uenige. Jeg tror den viktigste faktoren er tettheten av vann i forhold til luften og tettheten til kulen.
Kommentarer
- Å god ol ‘ dam busters …
- Man kan også få flate småstein til å hoppe over vannet ved stranden. Jeg husker å måle 14 hopp for en skjær fra en takstein. Jeg tror det har med alt å gjøre: innfallsvinkel, hastighet og tetthet av materiale (gass i tilfelle av asteroider, men de går veldig fort).
- Hei John to Physics SE! Min gjetning er at dette vil være vanskelig å beregne (som alle spørsmål som involverer kuler som treffer noe), men intuitivt med høy tetthet og lydhastighet er overflatespenningen sannsynligvis ikke viktig. Eksperimentet vil være enkelt, bare ta litt vaskemiddel og prøv det.
- Når dam busters eksperimenterte med å hoppe bombene sine, var det to konklusjoner: den relative hastigheten (vann-prosjektil) må være stor nok og vinkelen må være liten nok. De snurret faktisk bombene sine før de kastet. Jeg er imidlertid ikke sikker på hvordan er dette muligens relatert til overflatespenning.
- @Pygmalion Hvis det ikke var noen overflate, hvilket er hva overflatespenning sørger for at det eksisterer, kan det ikke være noen rikosjett?
Svar
Mekanismen er forklart, for eksempel i W. Johnson, Int. J. Impact Engng, bind 21, nr. 1-2, s. 15-24 og 25-34. 1998.
Følgende hovedantagelser brukes til å utlede den omtrentlige Birkhoff-formelen for den kritiske rikochetvinkelen for et sfærisk prosjektil:
(i) Trykket $ p $ på en sfærisk overflate elementet langs det utadvendte normale er $ \ rho u ^ 2/2 $; u er kulehastigheten løst langs normalen.
(ii) Trykket gjelder bare de delene av sfæren som er nedsenket under den uforstyrrede overflaten av vannet. Effekten av sprut på kule anses ikke å bidra til noe press.
Dermed tror jeg overflatespenning er ubetydelig.
Svar
Det har ingenting med overflatespenning å gjøre (kunst minst for store gjenstander).
Det er ganske enkelt den kraften som trengs for å akselerere vannet ut av veien for å la objektet vask.
Se for deg en kule som spretter av en annen kule, eller metall rustning. Ikke noe problem å akseptere det, det er bare Newtons lover og fart. brønnvann har også masse og trenger en kraft for å akselerere det på nøyaktig samme måte – den eneste forskjellen i å hoppe en kule, eller en stein eller en bombe, er hastigheten og vinkelen og hvor mye vann du trenger for å bevege deg og hvor raskt .
Jeg er ikke sikker på hvilken hastighet / trykk viskositeten blir en faktor. Har noen prøvd å skumme steiner av superfluid helium?
Kommentarer
- For å forsterke det utmerkede poenget ditt med forskyvningsinerti, gjorde Myth Busters en episode som en gang sammenlignet moderne rifler med borgerkrigsmusketter for å skyte folk som svømte under vann. Det utvetydige resultatet: Borgerkrigsmusketten var dødelig for svømmere, moderne rifle ufarlig. Hvorfor? Fordi de moderne kulene beveget seg så fort at vannet til sammenligning beveget seg mer som et fast stoff enn en væske, og forårsaket kulen til å ødelegge den. å bevege seg ut av veien, slik at kulen kan gå mye lenger. (Hyggelig He-4 spørsmål, BTW!)
- Da jeg studerte væskedynamikk (som jeg ‘ mest har glemt) var det noe som heter Reynolds Antall , som relaterer treghet til tyktflytende krefter.
- Jeg tror et problem med dette svaret er dette konseptet med at vann beveger seg » måten » og » hvor fort. » Hvis du kaster et baseball på en veldig tykt stykke glass, og det spretter det ‘ er ikke nøyaktig for å si at glassmolekylene ikke kunne ‘ t komme ut av veien raskt nok. Det virker mer som et spørsmål om elastisiteten i kollisjonen.
- @John – Jeg tror en elastisk kollisjon med et vindu er forskjellig fra en rekyl fra en væske. I en veldig høy hastighet, eller med en ikke-newtonsk væske, kan rekylen være elastisk og oppføre seg veldig som glass – men jeg tror at ved skimming av steiner kan det ‘ være mer nyttig å tenke på i momentum, lekk et newtons-vugge leketøy
- @ MartinBeckett – Jeg er enig. Poenget mitt var at dette konseptet med partikler som ikke klarte å få » ut av veien » raskt nok virker feil.Gitt nok energi vil en partikkel bevege seg ut av veien med nesten lysets hastighet. ‘ t virker som en veldig vitenskapelig forklaring.
Svar
Som partikkelfysiker har jeg en tendens til å se dette som en semi-elastisk spredning, der hastigheten og innfallsvinkelen og mediumets kohesjon må komme inn i løsningen.
Hvis det er et fast stoff, som har høy kohesjon, er det stor sannsynlighet for ricochet / semi-elastisk spredning.
En asteroide som skummer toppen av atmosfæren trenger en veldig høy hastighet og liten beitevinkel.
Væsker er imellom, avhengig av variablene som er oppgitt.
Jeg forventer at på mikroskopisk nivå ser elektronene til prosjektilet i en gitt vinkel og hastighet projeksjonen til elektronene på overflaten som et ugjennomtrengelig kontinuum , sammenlignbar med den som faste stoffer normalt presenterer.
Kommentarer
- Ville en enkelt elektron bryte når den kommer inn i et medium som hindrer dens hastighet? en gruppe elektroner oppfører seg som en puls av individuelle elektroner. Noen vil spre seg diffust, og andre vil bryte. Men fordi de er bundet, i stedet for å spre, har du vannmolekyler som spres og elektronene i kulen bryter. Er det fornuftig?
- @John Mer eller mindre. De sprer seg kollektivt som en del av det faste prosjektilet. Vannmolekylene må i et delta (tid) virke som et fast stoff. Og det er refleksjon, ikke brytning.
- annav, jeg ‘ lurer på om en enkelt elektron som oppfører seg som en bølge, vil brytes når den beveger seg fra luft til vann. Og kanskje kan kula sees på som en gruppe elektroner (puls) som oppfører seg som en bølge som reflekteres når innfallsvinkelen er lik brytningsvinkelen.
- brytning er når strålen kommer inn i vannet. Refleksjon når den er spredt utover. Et enkelt elektron ville, kvantemekanisk, ha en viss sannsynlighet for å komme inn i vannet, bryte og noe å reflektere. Igjen vil det avhenge av innfallsvinkelen, elektronens hastighet og tettheten til mediet det berører. Elektronene på overflaten av prosjektilet vil se det kollektive feltet fra overflaten av væsken, og prosjektilet vil enten ricochet, eller trenge inn. Er du forvirret av » total intern refleksjon «? no.wikipedia.org/wiki/Total_reflection
Svar
Det er sannsynligvis lettest å forstå hvis du tenker på at kulen beveger seg i to separate retninger, horisontal og vertikal. Kulen beveger seg sakte opp eller ned i vannet, mens den på den dybden beveger seg horisontalt en stor avstand i hastighet, vil den støte på en betydelig mengde vannmasse som vil bli kastet ut som en reaksjon, den totale momentum av denne massen resulterer i banen reflekteres. Derfor gir vannet fart som kreves for å avbøye den langsommere vertikale komponenten.