跳水曾經真能躲子彈,但是現在行不通了

2021-03-02 中科院物理所

作者 美圖君

在電影裡我們經常可以看到,為了躲避子彈,男女主跳入水中的場景。實際上子彈不能在水裡飛很久,這是水的物理性質決定的。水的密度遠遠大於空氣(800倍),它們就如同一面減速牆一樣,擋住了子彈。

因為非常肯定這一點,挪威物理學家 Andreas Wahl  曾為挪威的科普節目 NRK Viten 拍攝了一段獲得了數千萬的點擊量的視頻。

視頻中只穿了平角褲的他站在泳池裡,面朝一把槍。他遠程拉動繩索扣動板機後,子彈向他射來。但是,子彈帥不過3秒,沒射多遠就掉在了泳池底部。

其實,普通子彈在水下的射程以分米為單位,AK 47在水下也只能射1.5-2米左右的路程。

可是問題來了,魚雷等水下武器為什麼不會像子彈那樣飛不遠呢?

魚雷比子彈大得多,它們受到的阻力自然也更大。但是,一般的魚雷能在水下前進,並打中目標,是因為它們自帶動力系統。

但是還有一類魚雷,則是利用了超空泡(supercavitation)的原理。

簡單來說,超空泡減阻技術就是在物體四周包裹上一層氣泡,這樣它們在水下運動時,還以為自己還在空氣裡運動,就不會因為水的阻力而產生較大的減速。

那麼,怎樣才能產生氣泡呢?

這要從高速旋轉物體在水下產生的小氣泡說起了。當物體高速運動時,附近液體的壓強也會發生巨大的變化,液體的壓強小於水的蒸氣壓時,就會發生空穴現象(cavitation)。比如,輪船的螺旋槳在高速運轉時四周就會產生小氣泡,它們就是空穴造成的水蒸汽。

空穴現象 @wikipedia

超空泡技術利用的就是空穴產生的氣泡。超空泡技術最關鍵的地方在於物體頭部的形狀,它們要做成扁平狀,還要有一圈尖銳的邊緣,氣泡就是在這個扁鼻子後方通過空穴效應形成的。

超空泡技術利用空穴產生氣泡

@UNIVERSITY OF MINNESOTA

超空泡技術可以使運動體在水中的阻力降低90%。俄羅斯早在20世紀70年代已經研製並使用了速度達370千米/小時的暴風超空泡魚雷(VA-111 Shkval)。美、德、法,還有我國都在進行超空泡減阻技術的研發。

俄羅斯造的暴風超空泡魚雷(VA-111 Shkval)。

@wikipedia

不過,以往只有魚雷等武器使用了超空泡減阻技術,還沒有人在子彈上嘗試過。

但是,不久之前,有人在子彈上也動起了腦筋。美國特種作戰司令部和挪威武器製造商 DSG Technologies 合作研發了2種新型子彈,它們利用超空泡減阻的原理,能在水下以更大的速度穿行更長距離。

這些子彈叫做CAV-X和XMP。CAV-X的頭部是鎢製造的(鎢有較高的拉伸強度,比較耐拉伸),同時,這些子彈的幾何形態能讓它在穿越液體時製造出空穴氣泡,這種氣泡能夠有效減弱水的阻力。今年,美軍特種部隊已經在測試這種子彈了。

在官網上,DSG 也公布了他們在北卡羅來納州測試CAV-X子彈的現場實錄。我們一起來看看這種子彈的威力吧。

先來看看實驗材料。

實際上,你看到的這種彈性膠體物質是彈道凝膠,它們每個有40釐米長,密度比水要大一些。

彈道凝膠的黏度和密度和人體肌肉組織類似,實際上它被發明的目的就是為了模仿人體和動物的肌肉組織,用它們來測試武器就可以模擬和估算武器對人體的傷害。FBI 就是用彈道凝膠進行測試的。

來看看CAV-X子彈能走多遠吧——

看到了吧,這種子彈在彈道凝膠裡穿越了4米的距離,打穿了10塊膠狀磚體。

也就是說,如果把每塊彈道凝膠看作一個人,那麼CAV-X子彈就能一氣打穿10個人。

有人可能要說,4米也不是很遠啊。那麼來對比一下,普通子彈能走多遠吧。

看,普通子彈在彈道凝膠裡只能走0.5米,只有CAV-X子彈的1/8,2塊彈道凝膠都打不穿。DSG 稱,CAV-X子彈在彈道凝膠中的行進距離已經打破了世界紀錄。

當然,由於利用了超空泡減阻技術,CAV-X子彈不僅能穿越4米的彈道凝膠,還可以在水中輕鬆穿越5米以上的距離。

看,CAV-X子彈輕鬆穿越5米長的泳池——

打穿3層彈道凝膠和3塊鋁板——

從空氣入水後行進了4.7米,再打中目標——

45度角打穿汽車擋風玻璃,然後射爆氣球——

最後再來圍觀一下CAV-X貫穿4塊彈道凝膠——

DSG 表示,他們家的.50-cal.(直徑12.7毫米)的子彈能夠在水下穿行60米,或在水下穿行17米後打穿2釐米厚的鋼板。不僅是鋼板,CAV-X子彈還能打穿阻力很大的沙袋。

DSG 的首席科學家 Odd Leonhardsen 表示,這種子彈的主要目標是潛艇。未來作戰部隊有望從直升飛機上打擊潛艇。

所以,現在電影裡的男女主要怎麼躲子彈呢?看來只能就地拉一坨💩防身了,畢竟💩是非牛頓流體*,可以拖住子彈!

* 早有研究者研究過,人類的新鮮便便還有下水道汙泥具有非牛頓流體的性質。

非牛頓流體的神奇性質

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