Det är känt att kulor kan ricochetera bort en vattenmassa. Är ytspänningen ansvarig för detta eller är detta samma beteende som vi ser när en asteroid ricochets av atmosfären? Jag tror inte att ytspänningar har något att göra med det men jag argumenterar med någon som inte håller med. Jag tror att huvudfaktorn är vattentätheten i förhållande till luft och kulans densitet.
Kommentarer
- Åh bra ol ’ dam busters …
- Man kan också få platta stenar att hoppa över vattnet vid stranden. Jag kommer ihåg att mäta 14 hopp för en skärva från en takpanna. Jag tror att det har att göra med allt: infallsvinkel, materialets hastighet och densitet (gas när det gäller asteroiderna men de går väldigt snabbt).
- Hej John till Physics SE! Min gissning är att detta kommer att vara svårt att beräkna (som alla frågor som involverar kulor som träffar något) men intuitivt med hög densitet och ljudhastighet är ytspänningen sannolikt inte viktig. Experimentet kommer dock att vara enkelt, ta bara ett rengöringsmedel och prova det.
- När dammsprutare experimenterade med att studsa sina bomber fanns två slutsatser: den relativa hastigheten (vattenprojektil) måste vara tillräckligt stor och vinkel måste vara tillräckligt liten. De snurrade faktiskt sina bomber innan de kastade. Jag är dock inte säker på hur är detta möjligen relaterat till ytspänning.
- @Pygmalion Om det inte fanns någon yta, vilket är vad ytspänningen ser till att det finns, kan det inte finnas någon ricochet?
Svar
Mekanismen förklaras t.ex. i W. Johnson, Int. J. Impact Engng, vol. 21, nr 1-2, sid. 15-24 och 25-34. 1998.
Följande huvudantaganden används för att härleda den ungefärliga Birkhoff-formeln för den kritiska ricochet-vinkeln för en sfärisk projektil:
(i) Trycket $ p $ på en sfärisk yta element längs dess utåtriktade normal är $ \ rho u ^ 2/2 $; u är sfärens hastighet framåt löst längs det normala.
(ii) Trycket gäller endast de delar av sfären som är nedsänkta under den ostörda ytan på vattnet. Effekten av stänk på sfären anses inte bidra till något tryck.
Således tror jag att ytspänningen är försumbar.
Svar
Det är inget att göra med ytspänning (konst minst för stora föremål).
Det är helt enkelt den kraft som behövs för att påskynda vattnet ur vägen för att låta objektet sjunka.
Föreställ dig en kula som studsar av en annan kula eller metall rustning. Inga problem att acceptera det, det är bara Newtons lagar och fart. brunnvatten har också massa och behöver en kraft för att påskynda det på exakt samma sätt – den enda skillnaden i att studsa en kula, eller en sten eller en bomb, är hastigheten och vinkeln och hur mycket vatten du behöver för att flytta och hur snabbt .
Jag är inte säker på vid vilken hastighet / tryck viskositeten blir en faktor, har någon försökt skumma stenar från super-flytande helium?
Kommentarer
- För att förstärka din utmärkta poäng om förskjutningströghet gjorde Myth Busters ett avsnitt som en gång jämförde moderna gevär med inbördeskrigsmusketter för att skjuta människor som simmade under vattnet. Det otvetydiga resultatet: Inbördeskrigsmusketten var dödlig för simmare modernt gevär ofarligt. Varför? Eftersom de moderna kulorna rörde sig så snabbt att vattnet i jämförelse rörde sig mer som ett fast ämne än en vätska, vilket orsakade kulan att självförstöra. Den mycket långsammare inbördeskrigskulan gav vattnet framför det tillräckligt med tid att röra sig ur vägen och låta kulan gå mycket längre. (Trevlig He-4 fråga, BTW!)
- När jag studerade flytande dynamik (som jag ’ har glömt mest) fanns det något som heter Reynolds Siffran , som relaterar tröghet till viskösa krafter.
- Jag tror att ett problem med detta svar är detta begrepp att vatten rör sig ” vägen ” och ” hur snabbt. ” Om du kastar en baseboll på en mycket tjockt glasstycke och det studsar det ’ är inte korrekt för att säga att glasmolekylerna inte kunde ’ inte kommer ur vägen tillräckligt snabbt. Det verkar mer som en fråga om kollisionens elasticitet.
- @John – Jag tror att en elastisk kollision med ett fönster skiljer sig från en rekyl från en vätska. Vid någon mycket hög hastighet, eller med en icke-newtonisk vätska, kan rekylen vara elastisk och beter sig mycket som glas – men jag tror att vid skumning av stenar är det ’ mer användbart att tänka på i momentum termer, leka en newton-vagga leksak
- @MartinBeckett – Jag håller med. Min poäng var att detta begrepp med partiklar som inte kunde få ” ur vägen ” tillräckligt snabbt verkar felaktigt.Med tillräcklig energi kommer en partikel att röra sig ur vägen med nästan ljusets hastighet. Det verkar inte som ’ som en mycket vetenskaplig förklaring.
Svar
Som partikelfysiker tenderar jag att se detta som en halvelastisk spridning, där hastigheten och infallsvinkeln och mediumets sammanhållning måste komma in i lösningen.
Om det är ett fast ämne, som har hög sammanhållning, det är hög sannolikhet för ricochet / semi-elastisk spridning.
En asteroid som skummar över toppen av atmosfären behöver en mycket hög hastighet och liten betesvinkel.
Vätskor är däremellan, beroende på de angivna variablerna.
Jag förväntar mig att på mikroskopisk nivå ser projektilens elektroner i en given vinkel och hastighet projektion av elektronerna på ytan som ett ogenomträngligt kontinuum , jämförbar med den som normalt presenteras av fasta ämnen.
Kommentarer
- Skulle en enda elektron bryta när den går in i ett medium som hindrar dess hastighet? en grupp elektroner beter sig som en puls av enskilda elektroner. Vissa sprids diffust och andra bryts. Men för att de är bundna har du istället för att sprida vattenmolekyler som sprids och elektronerna i kulan bryts. Är det vettigt?
- @John Mer eller mindre. De sprids kollektivt som en del av den solida projektilen. Vattenmolekylerna måste under ett delta (tid) verka som ett fast ämne. Och det är reflektion, inte brytning.
- annav, jag ’ jag undrar om en enda elektron som beter sig som en våg skulle brytas när den reser från luft till vatten. Och kanske kan kulan ses som en grupp elektroner (puls) som beter sig som en våg som reflekteras när infallsvinkeln är lika med brytningsvinkeln.
- brytning är när strålen kommer in i vattnet. Reflektion när den sprids ut. En enda elektron skulle, kvantmekaniskt, ha viss sannolikhet att komma in i vattnet, bryta och en del reflektera. Återigen skulle det bero på infallsvinkeln, elektronens hastighet och densiteten hos mediet som den påverkar. Elektronerna på projektilens yta kommer att se det kollektiva fältet från vätskans yta och projektilen antingen ricochet eller tränger igenom. Är du förvirrad av ” total intern reflektion ”? sv.wikipedia.org/wiki/Total_reflection
Svar
Det är nog lättast att förstå om du tänker på kulan som rör sig i två separata riktningar, horisontell och vertikal. Kulan rör sig långsamt upp eller ner i vattnet, medan den på det djupet rör sig horisontellt ett stort avstånd med hastighet, kommer den att stöta på en betydande mängd vattenmassa som kommer att matas ut som en reaktion, den totala momenten för denna massa resulterar i banan reflekteras. Därför tillför vattnet den momentum som krävs för att avböja den långsammare vertikala komponenten.