La profundidad de impacto de un proyectil es la distancia que recorre en el objetivo antes de detenerse. El físico Sir Isaac Newton fue el primero en desarrollar esta idea para obtener aproximaciones aproximadas de la profundidad de impacto de proyectiles que viajan a altas velocidades.
Aproximación de Newton para la profundidad del impacto
La aproximación de Newton para la profundidad de impacto de proyectiles a altas velocidades se basa únicamente en consideraciones de momento . No se dice nada sobre adónde va la energía cinética del objeto que impacta ni qué sucede con el momento una vez que se detiene el proyectil.
La idea básica es sencilla: el impactador lleva un determinado momento. Para detenerlo, este momento debe transferirse a otra masa. Como la velocidad del impactador es tan alta que se puede despreciar la cohesión dentro del material objetivo, el momento solo puede transferirse al material (masa) directamente delante del impactador, que será empujado a la velocidad del impactador. Si el impactador ha empujado una masa igual a su propia masa a esta velocidad, todo su momento se ha transferido a la masa que está delante de él y el impactador se detendrá. En el caso de un impactador cilíndrico, cuando se detenga, habrá penetrado hasta una profundidad que es igual a su propia longitud multiplicada por su densidad relativa con respecto al material objetivo.
Este enfoque sólo es válido para un rango estrecho de velocidades inferiores a la velocidad del sonido dentro del objetivo o del material impactador.
Si la velocidad del impacto es mayor que la velocidad del sonido en el material del objetivo o del impactador, el impacto provoca la fractura del material y, a velocidades más altas, el comportamiento como un gas, lo que provoca la rápida expulsión del material del objetivo y del impactador y la formación de un cráter. La profundidad del cráter depende de las propiedades del material del impactador y del objetivo, así como de la velocidad del impacto. Normalmente, una mayor velocidad del impacto significa una mayor profundidad del cráter.
Aplicaciones
Proyectil : Los proyectiles totalmente metálicos deben estar hechos de un material con una densidad muy alta, como el uranio (19,1 g/cm 3 ) o el plomo (11,3 g/cm 3 ). Según la aproximación de Newton, un proyectil totalmente metálico hecho de uranio perforará aproximadamente 2,5 veces su propia longitud de armadura de acero.
Carga hueca , bazooka : Para que una carga hueca (antitanque) atraviese placas de acero, es esencial que la explosión genere un chorro largo de metal pesado (en una carga hueca para uso antitanque, la explosión genera un chorro de metal de alta velocidad desde el revestimiento metálico en forma de cono). Este chorro puede entonces considerarse como el elemento impactador de la aproximación de Newton.
Meteorito : Como se puede concluir a partir de la presión del aire, el material de la atmósfera es equivalente a unos 10 m de agua. Como el hielo tiene aproximadamente la misma densidad que el agua, un cubo de hielo del espacio que viaja a unos 15 km/s o más debe tener una longitud de 10 m para llegar a la superficie de la Tierra a alta velocidad. Un cubo de hielo más pequeño se ralentizará hasta la velocidad terminal . Sin embargo, un cubo de hielo más grande también puede ralentizarse, siempre que entre en un ángulo muy bajo y, por lo tanto, tenga que atravesar una gran cantidad de atmósfera. Un meteorito de hierro con una longitud de 1,3 m atravesaría la atmósfera; uno más pequeño se ralentizaría por el aire y caería a velocidad terminal al suelo.
Impactor, rompe bunkers : Los impactadores sólidos pueden utilizarse en lugar de ojivas nucleares para penetrar bunkers a gran profundidad. Según la aproximación de Newton, un proyectil de uranio (densidad 19 g/cm 3 ) a gran velocidad y 1 m de longitud atravesaría 6 m de roca (densidad 3 g/cm 3 ) antes de detenerse.
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Enlaces externos
Programa de Efectos de Impacto sobre la Tierra
Profundidad de penetración de desechos espaciales según velocidad y diámetro
