Het is bekend dat kogels van een watermassa kunnen afketsen. Is de oppervlaktespanning hiervoor verantwoordelijk of is dit hetzelfde gedrag dat we zien wanneer een asteroïde afketst in de atmosfeer? Ik denk niet dat oppervlaktespanning er iets mee te maken heeft, maar ik heb ruzie met iemand die het niet eens is. Ik denk dat de belangrijkste factor de dichtheid van water ten opzichte van lucht en de dichtheid van de kogel is.
Reacties
- Oh goeie ol ‘ dambrekers …
- Men kan ook platte kiezelstenen op het water bij het strand laten springen. Ik herinner me dat ik 14 skips heb afgemeten voor een scherf van een dakpan. Ik denk dat het met alles te maken heeft: invalshoek, snelheid en dichtheid van materiaal (gas in het geval van de asteroïden, maar ze gaan erg snel).
- Hallo John van Physics SE! Ik vermoed dat dit moeilijk te berekenen zal zijn (zoals alle vragen over kogels die ergens tegenaan slaan), maar intuïtief gezien de hoge dichtheid en geluidssnelheid is de oppervlaktespanning hoogstwaarschijnlijk niet belangrijk. Het experiment zal echter eenvoudig zijn, neem gewoon wat afwasmiddel en probeer het.
- Toen dambrekers experimenteerden met het laten weerkaatsen van hun bommen, waren er twee conclusies: de relatieve snelheid (waterprojectiel) moet groot genoeg zijn en de hoek moet klein genoeg zijn. Ze hebben eigenlijk hun bommen gedraaid voordat ze gooiden. Ik weet echter niet zeker hoe dit mogelijk verband houdt met oppervlaktespanning.
- @Pygmalion Als er geen oppervlak was, wat is dan de oppervlaktespanning die ervoor zorgt dat er geen afketsen zijn?
Answer
Het mechanisme wordt bijvoorbeeld uitgelegd in W. Johnson, Int. J. Impact Engng, deel 21, nrs. 1-2, blz. 15-24 en 25-34. 1998.
De volgende hoofdaannames worden gebruikt om de geschatte Birkhoff-formule af te leiden voor de kritische afkethoek voor een bolvormig projectiel:
(i) De druk $ p $ op een bolvormig oppervlak element langs zijn naar buiten getekende normaal is $ \ rho u ^ 2/2 $; u is de voorwaartse snelheid van de bol, opgelost langs de normaal.
(ii) De druk is alleen van toepassing op die delen van de bol die zijn ondergedompeld onder het ongestoorde oppervlak van het water. Het effect van de spetters op de bol wordt geacht geen enkele druk bij te dragen.
Dus, denk ik, is de oppervlaktespanning verwaarloosbaar.
Antwoord
Het heeft niets te maken met oppervlaktespanning (art. het minst voor grote objecten).
Het is gewoon de kracht die nodig is om het water te versnellen zodat het object kan zinken.
Stel je een kogel voor die tegen een andere kogel of metalen pantser weerkaatst. Geen probleem om dat te accepteren, het zijn gewoon de wetten en het momentum van Newton. bronwater heeft ook massa en heeft een kracht nodig om het op precies dezelfde manier te versnellen – het enige verschil in het laten stuiteren van een kogel, een steen of een bom is de snelheid en hoek en hoeveel water je nodig hebt om te bewegen en hoe snel .
Ik weet niet zeker bij welke snelheid / druk de viscositeit een factor wordt, heeft iemand geprobeerd stenen van supervloeibaar helium af te scheren?
Opmerkingen
- Om je uitstekende punt over verplaatsingsinertie kracht bij te zetten, deed Myth Busters een aflevering waarin moderne geweren werden vergeleken met burgeroorlogsmusketten voor het neerschieten van mensen die onder water zwemmen. Het ondubbelzinnige resultaat: het burgeroorlogsmusket was dodelijk voor zwemmers, de modern geweer ongevaarlijk. Waarom? Omdat de moderne kogels zo snel bewogen dat het water in vergelijking meer als een vaste stof dan als een vloeistof bewoog, waardoor de kogel zichzelf vernietigde. De veel langzamere kogel uit de burgeroorlog gaf het water ervoor voldoende tijd om uit de weg te gaan, waardoor de kogel veel verder kan gaan. (Nice He-4-vraag, trouwens!) / li>
- Toen ik vloeistofdynamica studeerde (die ik ‘ bijna vergeten ben) was er iets dat Reynolds Getal , dat inertie relateert aan stroperige krachten.
- Ik denk dat een probleem met dit antwoord is dit concept van water dat ” uit zoals ” en ” hoe snel. ” Als je een honkbal gooit naar een zeer dik stuk glas en het stuitert het ‘ s niet nauwkeurig om te zeggen dat de glasmoleculen niet ‘ snel genoeg uit de weg kunnen komen. Het lijkt meer een kwestie van de elasticiteit van de botsing.
- @John – Ik denk dat een elastische botsing met een raam anders is dan een terugslag van een vloeistof. Bij een zeer hoge snelheid, of met een niet-Newtoniaanse vloeistof, kan de terugslag elastisch zijn en zich erg gedragen als glas, maar ik denk dat het ‘ handiger is om te bedenken in termen van momentum, zoals een newtons-cradle-speeltje
- @MartinBeckett – daar ben ik het mee eens. Mijn punt was dat dit concept van deeltjes die ” niet snel genoeg ” kunnen krijgen, onjuist lijkt.Bij voldoende energie zal een deeltje met bijna de lichtsnelheid uit de weg gaan. Het lijkt niet ‘ t een erg wetenschappelijke verklaring.
Antwoord
Als deeltjesfysicus heb ik de neiging om dit te zien als een semi-elastische verstrooiing, waarbij de snelheid en de invalshoek en de cohesie van het medium de oplossing moeten binnendringen.
Als het een vaste stof is, die een hoge cohesie heeft, is er een grote kans op afketsen / semi-elastische verstrooiing.
Een asteroïde die over de top van de atmosfeer scheert, heeft een zeer hoge snelheid en een kleine schaafhoek nodig.
Vloeistoffen zitten er tussenin, afhankelijk van de vermelde variabelen.
Ik verwacht dat op microscopisch niveau de elektronen van het projectiel onder een bepaalde hoek en snelheid de projectie van de elektronen van het oppervlak zien als een ondoordringbaar continuüm , vergelijkbaar met degene die normaal door vaste stoffen wordt gepresenteerd.
Opmerkingen
- Zou een enkel elektron breken wanneer het een medium binnengaat dat zijn snelheid belemmert? een groep elektronen gedraagt zich als een puls van individuele elektronen. Sommigen zouden diffuus verspreiden en sommigen zouden breken. Maar omdat ze gebonden zijn, heb je in plaats van verstrooiing watermoleculen die zich verspreiden en de elektronen in de kogel breken. Klopt dat?
- @John Min of meer. Ze verspreiden zich collectief als onderdeel van het solide projectiel. De watermoleculen moeten voor een delta (tijd) een vaste stof lijken. En het is reflectie, geen breking.
- annav, ik ‘ m vraag me af of een enkele elektron dat zich gedraagt als een golf, zou breken als het van lucht naar water reist. En misschien kan de kogel worden gezien als een groep elektronen (puls) die zich gedraagt als een golf die wordt gereflecteerd wanneer de invalshoek gelijk is aan de brekingshoek.
- refractie is wanneer de straal het water binnengaat. Reflectie wanneer het wordt verspreid. Een enkel elektron zou, kwantummechanisch gezien, enige kans hebben om het water in te gaan, te breken en gedeeltelijk te reflecteren. Nogmaals, het zou afhangen van de invalshoek, de snelheid van het elektron en de dichtheid van het medium waarop het botst. De elektronen op het oppervlak van het projectiel zullen het collectieve veld vanaf het oppervlak van de vloeistof zien, en het projectiel zal ofwel afketsen of doordringen. Ben je in de war door ” totale interne reflectie “? en.wikipedia.org/wiki/Total_reflection
Antwoord
Het is waarschijnlijk het gemakkelijkst te begrijpen als je denkt dat de kogel in twee verschillende richtingen beweegt, horizontaal en verticaal. De kogel beweegt langzaam op of neer het water in, terwijl hij op die diepte met hoge snelheid horizontaal over een grote afstand beweegt, hij zal een aanzienlijke hoeveelheid watermassa tegenkomen die als een reactie zal worden uitgeworpen, het totale momentum van deze massa resulteert in de traject wordt weerspiegeld. Daarom geeft het water een momentum dat nodig is om de langzamere verticale component af te buigen.