Scientific.ru
Новости науки
12.08.04. Можно Шалтая, можно Болтая, можно Шалтая-Болтая собрать!

Учёные из университета Штутгарта (Германия) и университета Дебрецена (Венгрия) изучили распределение осколков яичной скорлупы, образующихся после удара о землю и после взрыва. Экспериментальные исследования и компьютерные расчёты установили новую универсальную функцию распределения масс осколков замкнутых оболочек, отличающуюся от ранее известных распределений для трехмерных и двумерных осколков.

Распределение осколков разрушенных объектов имеет важное значение для военного дела, горнодобывающей промышленности, направленных взрывов и др. Зная закономерности распределения осколков, можно восстанавливать детали самого взрыва. Исследователи характеризуют фрагменты разрушенного объекта функцией, показывающей распределение фрагментов по их массе. Как правило, эта функция распределения подчиняется степенному закону, в котором показатель степени зависит только от пространственной размерности объекта и не зависит от его размера, материала и энергии взрыва. Хорошо изучены трёхмерные твердотельные осколки с показателем -2,5 в функции распределения и двумерные пластины с показателем в интервале от -1,5 до -2.

Но какому закону подчиняются осколки замкнутых оболочек таких объектов, как газовые цистерны, самолёты, ракеты, космические аппараты и т.д.? Дело в том, что трещины в оболочках распространяются в двух измерениях, как в пластинах, а сами объекты деформируются в трёх измерениях, как твердые тела. Закономерности распределения осколков, образующихся при разрушении замкнутых оболочек, установлены в работе [1]. Исследователи проделывали пару узких отверстий в обычных яйцах, удаляли содержимое и высушивали их. Затем они помещали каждое яйцо в большой запечатанный пластиковый мешок и либо бросали его на землю, либо наполняли водородом и взрывали (см. фото). То есть, разрушение яйца происходило либо за счёт скачка давления при ударе, либо взрывом. После этого они строили график функции распределения числа осколков яичной скорлупы по их массам.

последовательные снимки взрыва яичной скорлупы, снятые высокоскоростной фотокамерой на 400 Гц

Для экспериментов обоих типов распределение осколков с малой кривизной поверхности, площадью менее 1/1000 площади яичной скорлупы, подчинялось степенному закону по их массам с показателем -1,35. Этот показатель меньше показателей функции распределения как твердотельных осколков, так и двумерных. Чтобы установить, следует ли разрушение других объектов с замкнутыми оболочками подобной закономерности, учёные выполнили компьютерные расчёты для сферических оболочек, менее жестких, чем яичная скорлупа. Рассчитанный степенной закон совпадал с установленной экспериментальной закономерностью распределения масс осколков малых размеров. Это значит, что такой степенной закон функции распределения осколков по их массам, возможно, является универсальным для замкнутых оболочек.

В дальнейшем учёные планируют найти распределение по массам и скоростям фрагментов искусственных спутников и космических ракет.

1. F. Wittel, F. Kun, H.J. Herrmann, and B.H. Kroplin. Phys. Rev. Lett. 93 (2004) 035504

J.R. Minkel, Phys.Rev.Focus 14, story 5, 23 July 2004

А.В.Иванов

Обсудить на форуме


На главную страницу