13.01.2023
US Navy, Air Force e CWRU per test balistico in un serbatoio d’acquaLa prossima estate, al secondo piano di un edificio di ricerca nel campus della Case Western Reserve University, gli scienziati sperano di registrare qualcosa a cui il mondo non ha mai assistito: il momento dell'impatto quando un proiettile di 18 millimetri di diametro colpisce un muro d'acqua a 9.000 miglia all'ora. Ciò che accadrà in quell'istante e nei successivi millisecondi, che dovrebbero essere catturati in dettaglio da telecamere ad alta velocità, è un allettante mix di "noti, sconosciuti e what-if", secondo il ricercatore capo del progetto. "Ancora oggi, nel 2022, la comunità scientifica in realtà non sa cosa accadrà esattamente all'acqua in quel tipo di evento", ha affermato Bryan Schmidt, assistente professore di ingegneria meccanica e aerospaziale. "Ma c'è motivo di credere che potrebbe fare cose davvero strane, dalla creazione di ghiaccio alla creazione di luce." Schmidt ha affermato che i suoi esperimenti saranno a una velocità quasi doppia rispetto a qualsiasi altra ricerca pubblicata e con apparecchiature di registrazione di gran lunga migliori rispetto a quando la ricerca militare fu condotta per la prima volta negli anni '40 per studiare cosa potrebbero fare le onde d'urto delle esplosioni sottomarine a barche o sottomarini. . "Stiamo facendo qualcosa che nessun altro sta facendo in questo momento", ha detto. "Anche i nostri esperimenti sono tempestivi e potrebbero avere un impatto molto maggiore per il nostro Paese". Questo perché gli esperimenti scientifici proposti alla Case Western Reserve offrono anche probabili applicazioni per la difesa nazionale. "Quello che apprendiamo sarà molto importante per questo paese per essere in grado di prevedere con precisione cose come il potenziale di danno per le navi vicine a esplosioni sottomarine ad alto rendimento, il volo di veicoli ipersonici o missili attraverso nebbia, pioggia o spruzzi di mare e danni potenziale dei proiettili ipersonici", ha detto Schmidt. La ricerca di Schmidt e dei suoi collaboratori è supportata da un paio di recenti sovvenzioni alla difesa, per un totale di circa $ 1 milione: $ 750.000 dall'Office of Naval Research e $ 300.000 dall'Air Force Office of Scientific Research Instrumentation Program. I ricercatori dell'US Naval Surface Warfare Center, Carderock Division di Bethesda, nel Maryland, eseguiranno anche simulazioni al computer per integrare gli esperimenti presso Case Western Reserve. Per condurre gli esperimenti, Schmidt utilizzerà un equipaggiamento lungo 40 piedi noto come "pistola a gas leggero a due stadi" per spingere un proiettile da 18 millimetri in un serbatoio d'acqua profondo 8 piedi. I dispositivi, spesso utilizzati dagli scienziati per spingere oggetti per simulare meteoriti che colpiscono l'atmosfera, hanno due diversi stadi di propulsione, con conseguenti velocità di lancio più elevate. Schmidt racconterà l'impatto con una telecamera ad alta velocità in grado di catturare fino a 200 milioni di fotogrammi al secondo. Per confronto, l'occhio umano vede l'equivalente di 30 fotogrammi al secondo; uno smartphone, circa 300 fotogrammi al secondo. Le possibilità includono: - Formazione di ghiaccio: una previsione degli anni '50 era che l'acqua colpita da un proiettile supersonico potesse formare "ghiaccio esotico", ha detto Schmidt. Il ghiaccio esotico è qualsiasi formazione oltre il ghiaccio a sei facce più comune sulla Terra e che si trova principalmente nello spazio o nel mantello terrestre. - Cavitazione: la formazione di bolle di vapore all'interno di un liquido accelerato a velocità elevate, come quando viene colpito da un proiettile ad alta velocità. "Sono assolutamente certo che vedremo la cavitazione dietro il proiettile", ha detto Schmidt. - Sonoluminescenza: la creazione di luce quando il liquido collassa rapidamente come risultato di un'onda sonora. Le bolle possono anche raggiungere temperature e pressioni estremamente elevate per brevi periodi di tempo, un fenomeno che ha incuriosito i ricercatori per decenni per il suo potenziale che potrebbe portare a una fonte di energia senza sprechi. La velocità del suono nell'aria è di circa 767 mph, ma la velocità del suono nell'acqua è più vicina a 3.500 mph, più di quattro volte più veloce. Ciò significa che Schmidt e il suo team faranno i loro esperimenti a velocità ipersoniche nell'aria (più di cinque volte la velocità del suono), ma tecnicamente supersoniche rispetto alla velocità del suono nell'acqua.