¿Por qué una bala rebota en el agua?

Se sabe que las balas pueden rebotar en una masa de agua. ¿Es la tensión superficial responsable de esto o es el mismo comportamiento que vemos cuando un asteroide rebota en la atmósfera? No creo que la tensión superficial tenga algo que ver, pero estoy discutiendo con alguien que no está de acuerdo. Creo que el factor principal es la densidad del agua en relación con el aire y la densidad de la bala.

Oh buenos destructores de presas...
También se pueden hacer saltar piedras planas en el agua de la playa. Recuerdo haber medido 14 saltos para un fragmento de una teja. Creo que tiene que ver con todo: ángulo de incidencia, velocidad y densidad del material (gas en el caso de los asteroides pero van muy rápido).
¡Hola John a Physics SE! Mi suposición es que esto será difícil de calcular (como todas las preguntas relacionadas con balas que golpean algo), pero intuitivamente con la alta densidad y la velocidad del sonido, la tensión superficial probablemente no sea importante. Sin embargo, el experimento será fácil, solo toma un poco de detergente y pruébalo.
Cuando los destructores de represas experimentaron haciendo rebotar sus bombas, llegaron a dos conclusiones: la velocidad relativa (proyectil de agua) debe ser lo suficientemente grande y el ángulo debe ser lo suficientemente pequeño. De hecho, hicieron girar sus bombas antes de lanzarlas. Sin embargo, no estoy seguro de cómo se relaciona esto posiblemente con la tensión superficial.
@Pygmalion Si no hubiera superficie, que es lo que la tensión superficial asegura que existe, ¿no podría haber rebote?
Ni idea, ahora estoy leyendo esto: en.wikipedia.org/wiki/Bouncing_bomb
Parte del mecanismo fue explicado en el documental sobre los destructores de represas que vi hace años, pero ahora todo es muy confuso... En las referencias, hay algunos artículos de Elsevier que no puedo ver desde mi casa... así que dejé que alguien más completara la investigación ;)
hmm, estoy considerando responder esto porque es una pregunta divertida. Sin tensión superficial, la pregunta puede responderse suficientemente con cálculos para la aceleración del fluido. Es trivial que el fluido ejerza una fuerza hacia arriba sobre cualquier proyectil que lo golpee, pero para el rebote, probablemente requeriría que la fuerza del fluido sea suficiente para invertir su componente de velocidad vertical antes de que se sumerja por completo. Es interesante que continúe ejerciendo fuerza incluso cuando la bala sube porque desplaza el agua debido a que avanza de la misma manera que lo hace un barco.
@annav: ¿Es la tensión superficial una condición necesaria para que exista una superficie en un líquido?
@MikeDunlavey Como nivel equipotencial al campo gravitacional de la tierra, no. Como superficie que presenta resistencia, pensaría que sí. Debe haber cohesión para tener una resistencia inicial a la penetración, en mi opinión.
Como físico de partículas, tiendo a ver esto como una dispersión semielástica, donde la velocidad, el ángulo y la cohesión del medio deben entrar en la solución. Si es un sólido, que tiene alta cohesión, hay mayor probabilidad. Gas (como para el desnatado de asteroides) más pequeño y líquido en el medio, dependiendo de las variables establecidas.
@annav: Interesante. Como ingeniero mecánico y piloto en algún momento, lo veía como una cuestión de planeo: una cuña en movimiento que empuja el material hacia abajo, pero la cohesión también tiene que importar en un fluido (como en el cilindro giratorio de los dambusters). Gracias.

Respuestas (4)

El mecanismo se explica, por ejemplo, en W. Johnson, Int. J. Impact Engng, Vol.21, Nos 1-2, pp. 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 para un proyectil esférico:

(i) La presión pag en un elemento de superficie esférica a lo largo de su normal dibujada hacia afuera es ρ tu 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 sin perturbaciones. Se considera que el efecto del chapoteo sobre la esfera no aporta presión.

Por lo tanto, creo que la tensión superficial es insignificante.

No tiene nada que ver con la tensión superficial (al menos el arte para objetos grandes).
Es simplemente la fuerza necesaria para acelerar el agua fuera del camino para permitir que el objeto se hunda.

Imagine 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 al hacer rebotar una bala, una piedra o una bomba es la velocidad, el ángulo y la cantidad de agua que necesitas para moverte y a qué velocidad. .

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

Para reforzar su excelente punto sobre la inercia de desplazamiento, Myth Busters hizo un episodio una vez comparando los rifles modernos con los mosquetes de la guerra civil para dispararle a las personas que nadan bajo el agua. El resultado inequívoco: el mosquete de la guerra civil era mortal para los nadadores, el rifle moderno inofensivo. ¿Por qué? Porque las balas modernas se movían tan rápido que, en comparación, el agua se movía más como un sólido que como un líquido, lo que provocó que la bala se autodestruyera. La bala de la guerra civil, mucho más lenta, le dio al agua el tiempo suficiente para apartarse del camino, lo que permitió que la bala llegara mucho más lejos. (¡Buena pregunta He-4, por cierto!)
Cuando estudié la dinámica de fluidos (que casi he olvidado) había algo llamado Número de Reynolds , que relacionaba la inercia con las fuerzas viscosas.
Creo que un problema con esta respuesta es este concepto de agua que se mueve "fuera del camino" y "qué tan rápido". Si lanzas una pelota de béisbol a un pedazo de vidrio muy grueso y rebota, no es exacto decir que las moléculas de vidrio no pudieron apartarse lo suficientemente rápido. Parece más una cuestión de la 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 un vidrio, pero creo que a la velocidad de las piedras es más útil pensar en términos de impulso, como un juguete de cuna de newtons.
@MartinBeckett - Estoy de acuerdo. Mi punto era que este concepto de partículas que no pueden "quitarse del camino" lo suficientemente rápido parece incorrecto. Con suficiente energía, una partícula se apartará casi a la velocidad de la luz. No parece una explicación muy científica.
En una piscina, deje caer la mano lentamente hacia abajo, con la palma hacia abajo y aplanada. Note que mientras siente la transición, el impacto es mínimo. Luego, golpea el agua tan fuerte como puedas. ¿Qué tan distinta (y posiblemente dolorosa) parece la interfaz a mayor velocidad? Tanto la viscosidad como la densidad están involucradas, pero si pregunta cuál es la diferencia entre estos dos casos, en realidad, es que, en comparación con la velocidad de su mano, el agua simplemente no tiene suficiente tiempo para reconfigurarse y resiste más su mano. a alta velocidad. (Por cierto, el vidrio no es un fluido altamente viscoso, por ejemplo, las ventanas viejas se deformaron ).
@TerryBollinger, Glass fue en respuesta al comentario de John. Quise decir que una colisión con un material rígido es diferente de una colisión puramente cinemática con un fluido. En los números de Reynolds de piedra o una bala, no estoy seguro de qué tan significativa es la viscosidad del fluido, ¿el aceite del motor se sentiría muy diferente al agua?

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 incidencia pequeño.

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

Espero que a nivel microscópico, los electrones del proyectil a 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.

¿Se refractaría un solo electrón al entrar en un medio que impide su velocidad? Tal vez un grupo de electrones se comporte como un pulso de electrones individuales. Algunos se dispersarían de forma difusa y otros se refractarían. Pero debido a que están unidos, en lugar de dispersarse, las moléculas de agua se dispersan y los electrones en la bala se refractan. ¿Tiene sentido?
@Juan Más o menos. Se dispersan colectivamente como parte del proyectil sólido. Las moléculas de agua deben por un delta (tiempo) parecer un sólido. Y es reflexión, no refracción.
annav, me pregunto si un solo electrón que se comporta como una onda se refractaría mientras viaja del aire al agua. Y tal vez la bala podría verse como un grupo de electrones (pulso) comportándose como una onda que se refleja cuando el ángulo de incidencia es igual al ángulo de refracción.
la refracción es cuando el haz entra en el agua. Reflexión cuando está dispersa. Un solo electrón tendría, mecánicamente cuánticamente, 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 de la superficie del líquido y el proyectil rebotará o penetrará. ¿Estás confundido por la "reflexión interna total"? en.wikipedia.org/wiki/Total_reflection

Probablemente sea más fácil de entender si piensa en la bala moviéndose en dos direcciones separadas, horizontal y vertical. La bala se mueve lentamente hacia arriba o hacia abajo en el agua, mientras que a esa profundidad se mueve horizontalmente una gran distancia a gran velocidad, encontrará una cantidad significativa de masa de agua que será expulsada como reacción, el impulso total de esta masa da como resultado la trayectoria que se refleja. Por lo tanto, el agua imparte el impulso necesario para desviar la componente vertical más lenta.

¿Por qué una bala rebota en el agua?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 5v