Come si comporta un corpo gettato nella sabbia o nella ghiaia?

I ricercatori del Laboratorio di fluidi, automazione e sistemi termici e UNICAMP (Brasile) hanno fornito la prima prova che la rotazione del proiettile migliora la penetrazione nel terreno. Pubblicato sulla rivista Revisione fisicaQuesto lavoro presenta un modello che prevede la profondità di sepoltura in funzione di… velocità Cadere e girarsi.

A differenza dei liquidi e dei solidi, il comportamento meccanico dei mezzi granulari non è guidato da leggi fisiche generali già consolidate. Tuttavia, molte discipline devono essere in grado di prevedere come un proiettile affonderà nel suolo e nelle superfici. Materiali Composto da cereali come sabbiaOppure ghiaia, polveri o granuli in silos. Le applicazioni spaziano dalla missione spaziale InSight, responsabile dello studio… temperatura Da terra marziano Raggiunge una profondità di cinque metri, per gli sforzi di rimboschimento facendo cadere i semi aereo O elicottero. Esistono due scenari, a seconda che il proiettile ruoti o meno mentre si muove. I ricercatori del Laboratorio di Fluidi, Automazione e Sistemi Termici (veloceCNRS/Università Paris-Saclay) euniversità Ricercatori dello stato di Campinas (UNICAMP, Brasile) hanno dimostrato che, a parità di velocità di caduta, quanto più velocemente ruota il proiettile, tanto più profondo affonda in un mezzo granulare.

Hanno misurato l'efficacia della manovra in base al rapporto tra velocità di rotazione e velocità di impatto. Negli intervalli di velocità studiati, i proiettili decelerano fino al 15% quando vengono ruotati. Questa è la prima prova reale che la rotazione migliora la penetrazione nel terreno.

Per fare ciò, gli scienziati hanno creato un dispositivo sperimentale che consente a un proiettile sferico di impattare a velocità controllata, variando l'altezza del suo rilascio, su sfere di vetro millimetriche. Viene posto in un contenitore rotante, perché è molto più facile controllare la rotazione del mezzo granulare che la rotazione del proiettile, che non viaggerà più diritto.

I ricercatori sono rimasti entro intervalli di velocità sufficientemente limitati da mantenere le sfere in posizione, il che significa che non c'erano differenze nelle forze meccaniche a seconda che fosse il mezzo granulare o il proiettile a ruotare. Hanno così scoperto che durante l'interramento la rotazione favorisce la fluidificazione del mezzo granulare attorno al proiettile. Ciò riduce la pressione sotto il proiettile, quindi affonda più facilmente.

I ricercatori hanno dedotto un modello fisico in grado di prevedere la profondità di seppellimento del proiettile in base alla sua velocità di caduta e alla rotazione del mezzo granulare. Stanno ora cercando di modellare la forma dei crateri risultanti da tali impatti e il percorso di espulsione del grano.

Riferimenti:
Penetrazione di una palla rotante che colpisce un mezzo granulare.
D.De Carvalho, Y. Bertho, E.M. Franklin e A. Seguin.
Fis. pastore. E 109, 054902 (2024).
https://doi.org/10.1103/PhysRevE.109.054902.
Il materiale è disponibile nell'archivio aperto arksif.