Por que uma bala ricocheteia na água?

O mecanismo é explicado, por exemplo, em W. Johnson, Int. J. Impact Engng, Vol.21, Nos 1-2, pp. 15-24 e 25-34. 1998.

As seguintes suposições principais são usadas para derivar a fórmula de Birkhoff aproximada para o ângulo crítico de ricochete de um projétil esférico:

(i) A pressão $ p $ em uma superfície esférica elemento ao longo de seu normal desenhado para fora é $ \ rho u ^ 2/2 $; u é a velocidade de avanço da esfera resolvida ao longo da normal.

(ii) A pressão aplica-se apenas às partes da esfera que estão submersas abaixo da superfície não perturbada da água. Considera-se que o efeito do respingo na esfera não contribui com nenhuma pressão.

Assim, acredito, a tensão superficial é insignificante.

Não tem nada a ver com a tensão superficial (pelo menos para objetos grandes).
É simplesmente a força necessária para acelerar a saída da água para permitir que o objeto afundar.

Imagine uma bala ricocheteando em outra bala, ou armadura de metal. Não há problema em aceitar isso, são apenas as leis e o momentum de Newton. a água de poço também tem massa e precisa de uma força para acelerá-la exatamente da mesma maneira – a única diferença em quicar uma bala, ou uma pedra, ou uma bomba, é a velocidade e o ângulo e quanta água você precisa para se mover e com que rapidez .

Não tenho certeza em que velocidade / pressão a viscosidade se torna um fator, alguém já tentou retirar pedras do hélio superfluido?

Comentários

• Para reforçar seu excelente ponto sobre a inércia de deslocamento, Myth Busters fez um episódio uma vez comparando rifles modernos a mosquetes de guerra civil para atirar em pessoas que nadavam debaixo dágua. O resultado inequívoco: o mosquete de guerra civil era mortal para os nadadores, rifle moderno inofensivo. Por quê? Porque as balas modernas se moviam tão rápido que a água, em comparação, se movia mais como um sólido do que como um líquido, fazendo com que a bala se autodestruísse. A bala muito mais lenta da guerra civil deu tempo suficiente à água à sua frente para sair do caminho, permitindo que a bala vá muito mais longe. (Boa pergunta sobre He-4, BTW!)
• Quando estudei dinâmica de fluidos (que ‘ quase esqueci) havia algo chamado Reynolds Número , relacionando as forças inerciais com as viscosas.
• Acho que um problema com esta resposta é o conceito de água movendo-se ” para fora a maneira ” e ” quão rápido. ” Se você jogar uma bola de beisebol em um um pedaço de vidro grosso e salta ‘ Não é preciso dizer que as moléculas de vidro não puderam ‘ sair do caminho rápido o suficiente. Parece mais uma questão de elasticidade da colisão.
• @John – Acho que uma colisão elástica com uma janela é diferente de um recuo de um fluido. Em alguma velocidade muito alta, ou com um fluido não newtoniano, o recuo pode ser elástico e se comportar muito como o vidro – mas acho que ao deslizar pedras a velocidade ‘ é mais útil pensar em em termos de momentum, como um brinquedo de berço de newtons
• @MartinBeckett – eu concordo. Meu ponto é que este conceito de partículas não sendo capazes de obter ” fora do caminho ” rápido o suficiente parece incorreto.Com energia suficiente, uma partícula se moverá para fora do caminho quase à velocidade da luz. Não ‘ não parece uma explicação muito científica.

Como físico de partículas, tendo a ver isso como uma dispersão semi-elástica, onde a velocidade, o ângulo de incidência e a coesão do meio devem entrar na solução.

Se for um sólido, que tem alta coesão, há alta probabilidade de ricochete / dispersão semielástica.

Um asteróide deslizando no topo da atmosfera precisa de uma velocidade muito alta e um pequeno ângulo de pastejo.

Os líquidos estão no meio, dependendo das variáveis declaradas.

Espero que, no nível microscópico, os elétrons do projétil em um dado ângulo e velocidade vejam a projeção dos elétrons da superfície como um continuum impenetrável , comparável ao apresentado normalmente pelos sólidos.

Comentários

• Um único elétron refrataria ao entrar em um meio que impede sua velocidade? Talvez um grupo de elétrons se comporta como um pulso de elétrons individuais. Alguns se espalhariam difusamente e alguns refratariam. Mas porque eles estão ligados, em vez de espalhar você tem o espalhamento das moléculas de água e os elétrons na refração da bala. Isso faz sentido?
• @John Mais ou menos. Eles se espalham coletivamente como parte do projétil sólido. As moléculas de água devem, por um delta (tempo) parecer um sólido. E é reflexão, não refração.
• annav, eu ‘ estou me perguntando se um único o elétron que se comporta como uma onda refratará ao viajar do ar para a água. E talvez a bala pudesse ser vista como um grupo de elétrons (pulso) se comportando como uma onda sendo refletida quando o ângulo de incidência é igual ao ângulo de refração.
• refração é quando o feixe entra na água. Reflexão quando está espalhada. Um único elétron teria, mecanicamente quântico, alguma probabilidade de entrar na água, refratar e um pouco de refletir. Novamente, isso dependeria do ângulo de incidência, da velocidade do elétron e da densidade do meio sobre o qual ele incide. Os elétrons na superfície do projétil verão o campo coletivo da superfície do líquido e o projétil ricocheteará ou penetrará. Você está confuso com ” reflexão interna total “? en.wikipedia.org/wiki/Total_reflection