موضوع مقاله: عمق نفوذ | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # عمق نفوذ | مقدمه: عمق نفوذ پرتابه ، به فاصله‌ای گفته می‌شود که یک پرتابه پس از برخورد با یک محیط، پیش از توقف کامل در آن فرو می‌رود. | ## بخش 1: عمق نفوذ | این مسئله نخستین بار توسط آیزاک نیوتن در کتاب دوم، بخش سوم اصول ریاضی فلسفه طبیعی (Principia Mathematica) مطرح شد، که نخستین بار در سال ۱۶۸۷ منتشر شد و مورد بررسی قرار گرفت و بعداً جورج گاموف آن را بازنویسی کرد، نشان داده شد که در سرعت‌های بالا، عمق نفوذ وابسته به سرعت اولیه نیست، بلکه به نسبت چگالی پرتابه به چگالی محیط و طول آن بستگی دارد. تقریب نیوتن کتاب دوم اصول نیوتن به حرکت اجسام جامد در محیط‌های سیال مقاوم می‌پردازد. او در این کتاب مفاهیمی را مطرح کرد که بعدها با نام‌هایی مانند «ویسکوزیته» (گرانروی) و «درَگ» (نیروی مقاومت) شناخته شدند و برخی از نخستین نتایج ریاضی در مکانیک سیالات را ارائه داد. در بخش سوم، نیوتن حالتی را در نظر گرفت که نیروی مقاوم محیط، بخشی به سرعت جسم بستگی دارد (میرایی ویسکوز) و بخشی به مربع سرعت (همانند درَگ آشفته یا توربولانسی). در این مدل چیزی دربارهٔ انرژی جنبشی یا سرنوشت تکانه پس از توقف پرتابه گفته نمی‌شود. میانگین سرعتی که محیط هدف با آن کنار زده می‌شود تقریباً برابر با سرعت پرتابه است. | ## بخش 2: عمق نفوذ | این موضوع به این معناست که پرتابه زمانی متوقف خواهد شد که توده‌ای از ماده هدف به اندازه جرم خودش را کنار زده باشد؛ بنابراین اگر یک پرتابه استوانه‌ای با طول L و چگالی ρi وارد محیطی با چگالی ρm شود، عمق نفوذ D تقریباً برابر خواهد بود با: بر این اساس، عمق نفوذ را می‌توان با افزایش طول L و چگالی پرتابه ρi افزایش داد، اما به‌طور مستقیم وابسته به سرعت برخورد نیست (به شرط کافی بودن سرعت اولیه). به گفته گاموف: این استدلال تنها در شرایطی معتبر است که سرعت برخورد آن‌قدر بالا باشد که بتوان اصطکاک را نادیده گرفت، اما کمتر از سرعت صوت در ماده هدف باشد. اگر سرعت برخورد از سرعت صوت بیشتر شود، پرتابه موج ضربه‌ای یا شاک‌ویو تولید خواهد کرد که تکانه را حمل کرده و می‌توانند باعث شکستگی در ماده هدف شوند. در سرعت‌های بسیار بالا، پرتابه و ماده هدف با شتاب بسیار زیاد پراکنده می‌شوند و یک دهانه برخوردی ایجاد می‌کنند که عمق آن به خواص ماده و نیز سرعت برخورد بستگی دارد. مثال‌ها پرتابه جامد: برای نفوذ بیشتر، پرتابه باید از ماده‌ای با چگالی بسیار بالا ساخته شود، مانند اورانیوم (۱۹٫۱ گرم بر سانتی‌متر مکعب) یا سرب (۱۱٫۳ گرم بر سانتی‌متر مکعب). طبق تقریب نیوتن، یک پرتابه کامل از جنس اورانیوم می‌تواند حدود ۲٫۵ برابر طول خودش در زره فولادی نفوذ کند. | ## بخش 3: عمق نفوذ | خرج گود (ضد تانک): در جنگ‌افزارهای ضد تانک، انفجار باعث تولید یک جت فلزی سریع از آستر فلزی مخروطی شکل درون کلاهک جنگی می‌شود. چون چگالی یخ تقریباً برابر با آب است، یک مکعب یخ از فضا با سرعت حدود ۱۵ کیلومتر بر ثانیه باید دست‌کم ۱۰ متر طول داشته باشد تا بتواند با سرعت زیاد به سطح زمین برسد. حتی تکه‌های بزرگ‌تر هم اگر با زاویه کم وارد جو شوند، ممکن است به دلیل مسیر طولانی در جو، کند شوند. اما یک شهاب‌سنگ آهنی به طول ۱٫۳ متر می‌تواند جو را سوراخ کند؛ شهاب‌سنگ‌های کوچکتر توسط جو آهسته شده و با سرعت نهایی به زمین می‌افتند. بمب سنگرشکن: پرتابه‌های جامد می‌توانند جایگزین کلاهک‌های هسته‌ای برای نفوذ به پناهگاه‌های عمیق زیرزمینی شوند. | ## جمع‌بندی | طبق تقریب نیوتن، یک پرتابه اورانیومی (چگالی ۱۹ گرم بر سانتی‌متر مکعب) با طول ۱ متر، پیش از آنکه متوقف شود، می‌تواند تا ۶ متر در سنگ (با چگالی ۳ گرم بر سانتی‌متر مکعب) نفوذ کند.