¿Por qué el agua es tan buena para detener ciertas balas?

Hay un par de maneras de considerar esta situación.

Una explicación algo más simple que no tiene en cuenta todo sería la ecuación de arrastre :

dónde$F_D$es fuerza de arrastre,$\rho$es la densidad del fluido,$u$es la velocidad relativa,$C_D$es el coeficiente de arrastre para la forma y velocidad específicas, y$A$es el área proyectada en la dirección del viaje.

El aire es casi 800 veces menos denso que el agua. Esto significa que yendo a la misma velocidad a través del aire y el agua, una bala experimentará aproximadamente 800 veces más fuerza en el agua.

debido a la$u^2$En términos generales, el aumento de la velocidad aumenta drásticamente la fuerza, por lo que es más probable que las balas más rápidas se rompan.

Otro factor es la forma, que cambiará el valor de$C_D$. Una bala más aerodinámica tendría menos probabilidades de explotar al impactar (aunque es probable que la velocidad sea un factor más importante).

Una explicación más complicada (y probablemente igual o más importante) es la compresibilidad del agua. El agua no es muy comprimible, y cuando la golpeas a velocidades muy altas, es posible que inicialmente no se comporte con la fluidez que te gustaría o esperabas. Podría actuar más como una superficie sólida cuando la bala impacta. Analizar esto sería algo complejo e implicaría analizar los efectos transitorios y la compresibilidad.

Esto está un poco más fuera de mi timonera, pero algo como la ecuación del golpe de ariete puede ser relevante (especialmente si solo cambias la forma en que lo consideras, con el objeto acercándose al agua en su lugar). Esta ecuación da cuenta del módulo volumétrico equivalente, que describe la compresibilidad del fluido. El impacto repentino de los fluidos puede ser bastante contundente.

Ver también ¿Por qué saltar al agua desde gran altura es fatal? y enlaces relacionados.

Creo que al principio la fuerza está relacionada en parte con la velocidad del sonido en el agua.

dónde$\rho$es la densidad del fluido,$u$es la velocidad relativa,$c$es la velocidad de las ondas en el agua (casi 4,3 veces más rápido que en el aire) y$\alpha$es el coeficiente para la forma y la velocidad específicas, y$S$es el área proyectada en la dirección del viaje. Entonces, la estimación da como resultado$10^5$NORTE...$10^6$N durante ~$0.1$EM.

Las moléculas de agua tienen enlaces de hidrógeno entre ellas que las mantienen unidas, lo que significa que no se desplazan fácilmente. Entonces, cuando algo choca con el agua o intenta atravesarla, las moléculas de agua se resisten a ser desplazadas y esto crea una fuerza de reacción contra el objeto. Esto también es lo que causa la resistencia en general. La fuerza de atracción entre las moléculas determina su viscosidad, y esta a su vez determina la resistencia al desplazamiento y por lo tanto el arrastre. Y el agua es mucho más viscosa que el aire, por lo que las balas se ralentizan mucho más en el agua.

En cuanto a su segunda pregunta sobre por qué algunas balas viajan más rápido que otras en el agua, es porque la resistencia depende de la forma de la bala. Si una bala tiene un área de sección transversal y un área de superficie más pequeñas, y es más "puntiaguda" hacia la cabeza, será más penetrante en el agua.