¿Por qué una bala rebota en el agua?

El mecanismo se explica, por ejemplo, en W. Johnson, Int. J. Impact Engng, Vol. 21, Nos 1-2, págs. 15-24 y 25-34. 1998.

Las siguientes suposiciones principales se utilizan para derivar la fórmula de Birkhoff aproximada para el ángulo de rebote crítico de un proyectil esférico:

(i) La presión $ p $ sobre una superficie esférica elemento a lo largo de su normal dibujada hacia afuera es $ \ rho u ^ 2/2 $; u es la velocidad de avance de la esfera resuelta a lo largo de la normal.

(ii) La presión se aplica solo a aquellas partes de la esfera que están sumergidas debajo de la superficie del agua no perturbada. Se considera que el efecto de la salpicadura en la esfera no aporta ninguna presión.

Por tanto, creo que la tensión superficial es insignificante.

No tiene nada que ver con la tensión superficial (el arte menos para objetos grandes).
Es simplemente la fuerza necesaria para acelerar el agua y permitir que el objeto hundirse.

Imagina una bala rebotando en otra bala, o armadura de metal. No hay problema en aceptar eso, son solo las leyes y el impulso de Newton. El agua de pozo también tiene masa y necesita una fuerza para acelerarla exactamente de la misma manera: la única diferencia entre hacer rebotar una bala, una piedra o una bomba, es la velocidad y el ángulo y la cantidad de agua que necesita para moverse y la rapidez. .

No estoy seguro de a qué velocidad / presión la viscosidad se convierte en un factor, ¿alguien ha intentado quitar piedras con helio superfluido?

Comentarios

• Para reforzar su excelente punto sobre la inercia de desplazamiento, Myth Busters hizo un episodio en el que comparó rifles modernos con mosquetes de la guerra civil para disparar a personas que nadaban bajo el agua. El resultado inequívoco: el mosquete de la guerra civil fue mortal para los nadadores, el rifle moderno inofensivo. ¿Por qué? Porque las balas modernas se movían tan rápido que el agua, en comparación, se movía más como un sólido que como un líquido, haciendo que la bala se autodestruyera. La bala de guerra civil, mucho más lenta, le dio al agua frente a ella suficiente tiempo para moverse fuera del camino, permitiendo que la bala llegue mucho más lejos (¡Buena pregunta de He-4, por cierto!)
• Cuando estudié dinámica de fluidos (que ‘ he olvidado en su mayoría) había algo llamado Reynolds Número , que relaciona la inercia con las fuerzas viscosas.
• Creo que un problema con esta respuesta es este concepto de agua moviéndose » fuera de la forma » y » qué tan rápido. » Si lanzas una pelota de béisbol a un pedazo grueso de vidrio y lo rebota ‘ No es exacto decir que las moléculas de vidrio no ‘ t apartarse del camino lo suficientemente rápido. Parece más una cuestión de elasticidad de la colisión.
• @John – Creo que una colisión elástica con una ventana es diferente al retroceso de un fluido. A una velocidad muy alta, o con un fluido no newtoniano, el retroceso podría ser elástico y comportarse como el vidrio, pero creo que a la velocidad de las piedras es ‘ es más útil pensar en en términos de impulso, miento un juguete de cuna de newton
• @MartinBeckett – Estoy de acuerdo. Mi punto fue que este concepto de partículas que no pueden quitarse » del camino » suficientemente rápido parece incorrecto.Con suficiente energía, una partícula se apartará casi a la velocidad de la luz. No ‘ no parece una explicación muy científica.

Como físico de partículas, tiendo a ver esto como una dispersión semielástica, donde la velocidad y el ángulo de incidencia y la cohesión del medio deben entrar en la solución.

Si es un sólido, que tiene una alta cohesión, existe una alta probabilidad de rebote / dispersión semielástica.

Un asteroide que roza la parte superior de la atmósfera necesita una velocidad muy alta y un ángulo de roce pequeño.

Los líquidos están en el medio, dependiendo de las variables indicadas.

Espero que a nivel microscópico, los electrones del proyectil en un ángulo y velocidad dados vean la proyección de los electrones de la superficie como un continuo impenetrable , comparable al que presentan normalmente los sólidos.

Comentarios

• ¿Se refractaría un solo electrón al entrar en un medio que impide su velocidad? un grupo de electrones se comporta como un pulso de electrones individuales. Algunos se dispersarían difusamente y otros se refractarían. Pero debido a que están unidos, en lugar de dispersarse, las moléculas de agua se dispersan y los electrones de la bala se refractan. ¿Eso tiene sentido?
• @John Más o menos. Se dispersan colectivamente como parte del proyectil sólido. Las moléculas de agua deben parecer un sólido durante un delta (tiempo). Y es reflexión, no refracción.
• annav, ‘ me pregunto si una sola un electrón que se comporta como una onda se refracta cuando viaja del aire al agua. Y tal vez la bala podría verse como un grupo de electrones (pulso) que se comporta como una onda que se refleja cuando el ángulo de incidencia es igual al ángulo de refracción.
• La refracción es cuando el rayo entra en el agua. Reflexión cuando se dispersa. Un solo electrón tendría, mecánicamente cuántica, alguna probabilidad de entrar en el agua, refractarse y algo de reflejarse. Nuevamente, dependería del ángulo de incidencia, la velocidad del electrón y la densidad del medio sobre el que incide. Los electrones en la superficie del proyectil verán el campo colectivo desde la superficie del líquido, y el proyectil rebotará o penetrará. ¿Está confundido por la » reflexión interna total «? en.wikipedia.org/wiki/Total_reflection