
Группа ученых из США при помощи физического моделирования выяснила, как изменяется структура грунта при падении на него твердого тела, например, метеорита. Оказалось, что при маленьких скоростях «снаряда» дефекты в грунте имеют вид отдельных трещин, тогда как при больших скоростях образуется единый фронт возмущения, в котором грунт приобретает повышенную плотность. Работа опубликована в Physical Review Letters.Экспериментальная система представляла собой плоский прозрачный контейнер, заполненный полимерными дисками. Вещество, из которого они были сделаны, изменяло оптические свойства в зависимость от приложенной к диску силы. За счет этого ученым удавалось отслеживать распространение усилия в среде. На двухмерный «грунт» роняли бронзовый диск — «снаряд». Для измерения скорости фронта напряжения использовали высокоскоростную камеру с частотой съемки до 40 тысяч кадров в секунду.Оказалось, что в грунте существует как минимум два характерных режима распостранения усилия. При небольших скоростях снаряда частицы грунта передавали импульс, не изменяя его направления (то есть «вперед», по цепочке). Итоговая картина в этом случае выглядела не как фронт, а как множество «молний», уходящих вглубь материала. Если же скорость снаряда превышала некоторое критическое значение, частицы не успевали передать напряжение вперед, а вместо этого «расталкивали» своих соседей. В этом случае импульс распространялся не только вглубь, но и в стороны, поэтому образовывался единый фронт.Для описания экспериментальной системы интересна не сама скорость фронта, а ее отношение к скорости звука в материале. Ученые не могли изменять в широких пределах скорость снаряда (так как есть очевидное ограничение по высоте, с которой его можно ронять), поэтому они воспользовались интересным «трюком»: вместо того, чтобы менять скорость снаряда, они меняли материал, из которого сделан грунт. Вместе с этим изменялась и скорость звука в материале, а значит, и искомое отношение скоростей.Новая работа имеет ряд важных применений, в особенности, при разработке снарядов для поражения подземных целей. Ученые показывают, что простой подход «быстрее, выше, сильнее» здесь не подходит, так как большие скорости столкновения приводят к большему уплотнению грунта. В итоге увеличение мощности снаряда практически не дает выигрыша по глубине проникновения.
