Введение
Глубина проникновения снаряда Глубина удара снаряда - это расстояние, на котором он проникает в цель, прежде чем остановиться. Физик сэр Исаак Ньютон впервые разработал эту идею, чтобы получить приблизительные оценки глубины удара снарядов, движущихся с высокой скоростью.
The impact depth of a projectile is the distance it penetrates into a target before coming to a stop. The physicist Sir Isaac Newton first developed this idea to get rough approximations for the impact depth for projectiles traveling at high velocities.
Нютоновское приближение для глубины удара
Приближение Ньютона для глубины удара для снарядов на высоких скоростях основано только на соображениях импульса. Ничего не сказано о том, куда направляется кинетическая энергия ударного устройства, ни о том, что происходит с импульсом после остановки снаряда. Основная идея проста: ударный элемент несет заданный импульс. Чтобы остановить ударный элемент, этот импульс должен быть передан на другую массу. Поскольку скорость ударного элемента настолько высока, что сплоченность внутри целевого материала может быть пренебрегнута, импульс может быть передан только на материал (массу) непосредственно перед ударным элементом, который будет толкаться со скоростью ударного элемента. Если ударный элемент натолкнул массу, равную его собственной массе, при этой скорости, весь его импульс был передан на массу перед ним, и ударный элемент будет остановлен. Для цилиндрического ударного элемента, к тому времени, когда он остановится, он проникнет на глубину, которая равна его собственной длине, умноженной на его относительную плотность по отношению к целевому материалу. Этот подход действителен только для узкого диапазона скоростей, меньших, чем скорость звука в пределах материала мишени или ударного элемента. Если скорость удара больше скорости звука в пределах объекта или материала ударного элемента, ударный удар приводит к разрыву материала, а при более высоких скоростях ведет себя как газ, вызывая быстрое выброс объекта и материала ударного элемента и образование кратера. Глубина кратера зависит от свойств материала ударного элемента и цели, а также от скорости удара. Обычно, большая скорость удара означает большую глубину кратера.
Приложения
Стрелковый снаряд: металлические снаряды должны быть изготовлены из материала с очень высокой плотностью, например, из урана (19,1 г/см3) или свинца (11,3 г/см3). Согласно приблизительному выводу Ньютона, металлический снаряд из урана пробивает в 2,5 раза больше стальной брони. Формированный заряд, базука: Для формированного заряда (антитанковый) для проникновения через стальные пластины, важно, чтобы взрыв генерировал длинный тяжелый металлический струя (в формированном заряде для использования против танка, взрыв генерирует высокоскоростной металлический струя из конусообразной металлической подкладки). Этот струя может быть рассмотрен как ударный элемент приближения Ньютона. Метеорит: Как можно сделать вывод из давления воздуха, материал атмосферы эквивалентен примерно 10 м воды. Поскольку плотность льда примерно такая же, как и плотность воды, кубик льда, движущийся со скоростью около 15 км/с из космоса, должен иметь длину 10 м, чтобы достичь поверхности Земли на большой скорости. Меньший кубик льда будет замедлен до конечной скорости. Однако, больший кубик льда может быть замедлен, если он подходит под очень низким углом и, таким образом, проникает через большую часть атмосферы. Железный метеорит длиной 1,3 м пробивался бы через атмосферу; меньший метеорит замедлился бы в воздухе и упал бы на землю с крайней скоростью. Ударные устройства, разрушающие бункеры: вместо ядерных боеголовок могут использоваться твердые ударные устройства для проникновения в бункеры глубоко под землей. Согласно приближению Ньютона, уранный снаряд (плотность 19 г/см3) на высокой скорости и длиной 1 м пробивает свой путь через 6 м камня (плотность 3 г/см3) прежде, чем остановиться.