sciencetalk

Ik vroeg me het volgende af:

Is het (theoretisch) mogelijk om met je vuist door een stenen muur te slaan zonder hierbij gewond te raken (gebroken botten, ontplofte ledematen, etc.)?

Op het eerste gezicht een beetje een vreemde vraag, maar denk eens aan het feit dat er gevallen bekend zijn van strohalmen die vast kwamen te zitten in massieve houten balken na hevig stormweer (orkanen en dergelijke).

Ook meende ik gehoord te hebben van een auto-ongeval waarbij een sigaret (die de automobilist aan het roken was net voor de crash, spreekt voor zich) zich heelhuids door de voorruit van de auto geboord bleek te hebben. Dit verhaal lijkt mij nogal sterk, maar ik vermeld het toch maar even.

Misschien is het volgende iets makkelijker in te beelden:

Is het mogelijk een loden kogel een bepaalde snelheid (en dus impuls) te geven zodat die, bijvoorbeeld, een zware metalen plaat kan penetreren zonder dat de kogel zelf een plastische vervorming ondergaat?

P.S.: Dit is mijn eerste topic dat ik plaats, even ter informatie :eusa_whistle:

Is het (theoretisch) mogelijk om met je vuist door een stenen muur te slaan zonder hierbij gewond te raken (gebroken botten, ontplofte ledematen, etc.)?

Dit doet denken aan tunnelen uit de quantumfysica. Hoe groter het voorwerp hoe kleiner de waarschijnlijkheid.

Je moet we op atomair niveau kijken om een reële verwachting te kunnen hebben.

Met je hand door een stenen muur slaan is mogelijk maar dan moet je wel hele dunne baksteentjes hebben.....

In de natuur hebben we te maken met atomen die aan elkaar zitten door krachten.

Elk voorwerp bestaat uit zulke atomen.

Een lodenkogel bestaat uit atomen lood en elk atoom is dan nogal aan de zware kant.

Je bekomt dan veel massa per mm2.

Als een groep atomen, denk aan biljoenen, inslaat op een andere groep atomen, denk ook aan biljoenen, dan kun je zelf bedenken wat er allemaal gaande is bij een botsing tussen de kogel en een voorwerp.

En de krachten van de atomen zijn complex.

Rubber bestaat net zo goed uit atomen en dat kan meeveren.

Moleculen bestaan uit atomen en moleculen aaneen vormen ook weer krachten.

Met je hand door een stenen muur slaan is mogelijk maar dan moet je wel hele dunne baksteentjes hebben.....

Met een voorwerp (hier je hand) door een stenen muur, bestaande uit dikke massieve bakstenen, slaan is óók perfect mogelijk, als je maar genoeg massa en/of snelheid hebt (impuls=massa.snelheid of p=m.v). Aangezien een vuist niet bijster veel weegt, zal deze (om de muur te breken) over een grote snelheid moeten beschikken. We stellen ons geen vragen over het feit of deze snelheid realistisch is, omdat het hier over de theoretische mogelijkheid gaat.

De vraag is dus niet of het mogelijk is om met je vuist door een dikke muur te slaan (door ben ik van overtuigd), de vraag is of je dit ook kan doen zonder dat je hand te pulp wordt gereduceerd.

En aangezien we het hier over een relatief groot voorwerp hebben, snap ik niet goed wat de kwantumfysica hier komt bij kijken. Wat is er mis met de goede oude Newtoniaanse fysica in deze casus?

Daar is helemaal niets mis mee, en of het mogelijk is, hangt van zowel de muur als de hand af.

Het schijnt dat de botten van mensen die beroepsmatig door platen hout en dergelijke heen meppen met de jaren sterker worden. Dit heeft iets te maken met een vergroting in dichtheid van het bot, waarbij de normale schotjes-structuur gevulder raakt door voordurend beschadigen (zonder een echte breuk).

Als je je handen wilt sparen kun je beter proberen er met een afgedankte auto doorheen te rijden. Je zult dan zien dat dat met een gipsmuurtje tamelijk goed te doen is (mits de palen daarin niet al te sterk zijn). Een enkele laag bakstenen lukt met een beetje moeie, in verband gemetselde muren van 2 of meer lagen nauwelijks.

En dan heb je nog de echte muur-muur, van een meter dik beton met een flinke portie gevlochten bewapening erin, waar je zelfs met een tank nog niet doorheen komt... daar maakt zelfs de sterkste vuist ter wereld geen deuk in.

Het schijnt dat de botten van mensen die beroepsmatig door platen hout en dergelijke heen meppen met de jaren sterker worden. Dit heeft iets te maken met een vergroting in dichtheid van het bot, waarbij de normale schotjes-structuur gevulder raakt door voordurend beschadigen (zonder een echte breuk).

Dat fenomeen staat bekend als 'Wolff's Law', hier vind je er een filmpje over:

En dan heb je nog de echte muur-muur, van een meter dik beton met een flinke portie gevlochten bewapening erin, waar je zelfs met een tank nog niet doorheen komt... daar maakt zelfs de sterkste vuist ter wereld geen deuk in.

Ik snap je punt wel, maar we moeten hier van "onrealistische" waarden uitgaan (aangezien het slechts een gedachte-experiment is). Ik kan me moeilijk voorstellen dat een massieve stalen bowlingbal tegen een slordige 100 000 km/s niet door de echte muur-muur zou geraken, ook al is deze gewapend.

Begrijpelijk, maar toch zul je echt moeten stellen wat voor muur het betreft alvorens te kunnnen bepalen of je daar wel of niet doorheen kun stompen.

Bij de zwakste gipsmuren zou ik het op 'best haalbaar' houden, terwijl het bij een serieuze betonmuur compleet onmogelijk is. In praktische huizenbouw komt het allemaal voor, en ik denk dat er best binnenmuren te vinden zijn waar je feitelijk doorheen zou kunnen meppen.

Begrijpelijk, maar toch zul je echt moeten stellen wat voor muur het betreft alvorens te kunnnen bepalen of je daar wel of niet doorheen kun stompen.

Hier ben ik het niet mee eens.

Volgens mij is er geen enkel materiaal bekend dat bestand is tegen de impact van een niet verwaarloosbare massa met extreem hoge snelheid (lichtsnelheid is de maximum haalbare snelheid).

Bij de zwakste gipsmuren zou ik het op 'best haalbaar' houden, terwijl het bij een serieuze betonmuur compleet onmogelijk is. In praktische huizenbouw komt het allemaal voor, en ik denk dat er best binnenmuren te vinden zijn waar je feitelijk doorheen zou kunnen meppen.

Ik ben het compleet met je eens indien het hier ging over realistische (vuist)snelheden. Maar het gaat hier over een gedachte-experiment, dus (vuist)snelheden van 248 457 km/s zijn perfect mogelijk (terwijl in de fysische wereld, mocht je ooit zo'n snelheid kunnen bereiken, je hand wellicht verkoold zou zijn vooraleer het de muur ook maar raakt).

Het argument dat zulke sterke muren gebruikt worden in de huizenbouw slaat hier dus nergens op, aangezien zulke grote snelheden in de praktijk niet zullen voorkomen, toch alleszins niet hier op onze lieve aardbol (licht heeft geen massa, en reken ik dus niet aan als een snel object).

Wat Benm probeert aan te geven is dat de eigenschappen van de muur, tesamen met de benodigde impact, zullen bepalen hoe groot de schade aan de vuist is. Het is duidelijk dat er muren zijn waar er geen schade optreedt, en muren waarbij je je arm in 1000 stukken terugvindt zonder dat de muur veel last had van de impact.

Maar de vraag aan het einde van de openingspost is niet ambigu (wanneer een soort metaal wordt gekozen), misschien kunnen we het verder daarover hebben:

Is het mogelijk een loden kogel een bepaalde snelheid (en dus impuls) te geven zodat die, bijvoorbeeld, een zware metalen plaat kan penetreren zonder dat de kogel zelf een plastische vervorming ondergaat?

Ik zou denken aan twee vragen.

1) Hoe hangt het perforatievermogen van een projectiel af van zijn snelheid? Dit rapport rapport geeft wat formules. Samengevat staat er dat een projectiel elke muurdikte kan doorboren als zijn snelheid groot genoeg is.

2) Wat gebeurt er met de kracht en de arbeid van het projectiel tijdens het perforeren, als de snelheid opgevoerd wordt?

De kracht en de arbeid zijn evenredig met v², als je voor de eenvoud veronderstelt dat het projectiel een rond schijfje uit de muur slaat. Het projectiel zal daarom vermoedelijk meer beschadigen naarmate zijn snelheid hoger is. Als het projectiel al beschadigt bij een perforatie met 'lage' snelheid, dan wordt de beschadiging ernstiger bij hogere snelheid.

jkien schreef:Wat gebeurt er met de kracht en de arbeid van het projectiel tijdens het perforeren, als de snelheid opgevoerd wordt?

De kracht en de arbeid zijn evenredig met v², als je voor de eenvoud veronderstelt dat het projectiel een rond schijfje uit de muur slaat. Het projectiel zal daarom vermoedelijk meer beschadigen naarmate zijn snelheid hoger is. Als het projectiel al beschadigt bij een perforatie met 'lage' snelheid, dan wordt de beschadiging ernstiger bij hogere snelheid.

Óf, maar het is slechts een gedachte, de vervorming in functie van de snelheid beschrijft een soort van omgekeerde Gausscurve.

Trage voorwerpen worden zwaarder vervormd dan snelle voorwerpen, tot op een zeker kielpunt (het minimum -> snelheid waarbij er zich minimale tot geen vervorming van het projectiel voordoet) waarna vervorming dan wel weer groter wordt bij stijgende snelheden.

Het is wellicht een foutieve opvatting, maar ik ben hier om bij te leren :eusa_whistle:

Dit denkbeeld is afkomstig van volgende voorbeeld:

Stel: Je hebt een staafje (ongekookte) spaghetti. Je krijgt dit niet door een kartonnen plaat geprikt (trage snelheid). Ik ben er echter wel van overtuigd dat, mits een grote snelheid, de spaghettistaaf wel ongebroken door het karton zou geraken (geen plastische vervorming, wellicht wel elastische, maar dit negeren we even). (Misschien, maar hier durf ik niet echt een uitspraak over te doen, dat bij een bepaalde, nog hogere snelheid, het spaghettistaafje wel weer zou breken op het karton. Dan is er weldegelijk sprake van een omgekeerde Gausscurve, zoals ik zei. Maar het klinkt wel een beetje vreemd.)

De Mythbusters hebben al eens onderzocht of stro hout kan penetreren "deadly straw". Een bundeltje stro met een snelheid van 140 m/s penetreerde 1 cm diep in hout. Vraag ze om het nog eens te onderzoeken met een losse strohalm en een los spaghettistaafje.

De materialen zoals spaghetti, een strohalm, ... hebben allen de eigenschap dat ze snel breken onder transversale krachten, maar sterk zijn onder longitudinale krachten. Wanneer je trekt aan een spaghettistaafje zal je het enkel doen breken omdat je niet perfect recht trekt. Ik vermoed dat wat je zegt correct is: dat een spaghettistaafje bij hoge snelheid karton penetreert zonder te breken (echter, staal zal waarschijnlijk niet lukken, de longitudinale sterkte van staal zal vermoedelijk veel sterker zijn dan die van spaghetti). Er zijn geen transversale krachten nodig zijn om te penetreren, maar wanneer je door het spaghettistaafje vanachter vast te nemen een longitudinale kracht meegeeft (omdat dezelfde druk als bij hoge-snelheidsimpact te bekomen), zal een miniscule transversale component de spaghettistaaf doen buigen en breken.

Dergelijke projectielen zijn dan ook volledig anders dan een vuist of een kogel. Hier geldt ook bij lage snelheden: het longitudinaal sterkste materiaal zal weinig hinder ondervinden (en er zijn geen lage-snelheid uitzonderingen).

Met spaghetti-staafjes krijg je inderdaad vreemde fenomenen. Laten we het daarop maar houden op een kogel door een metalen plaat.

Ik denk dat vooral de materialen hier een rol spelen - in ieder geval in praktische toepassing, maar wellicht zit daar ook wel zinnige theorie achter. Uiteraard kun je dat helemaal eerlijk maken door de kogel en de plaat van hetzelfde materiaal te construeren.

Een experiment zou dan zijn het schieten met loden kogels, op een loden plaat, met een dikte die bijvoorbeeld gelijk is aan de diameter van de kogel. Naar mijn idee is het onmogelijk die kogel er ongeschonden doorheen te krijgen, ongeacht zijn snelheid. Probleem is dat de krachten op kogel en plaat feitelijk gelijk zijn, en daarmee de mate en aard van vervorming ook.

Het intact blijven van de kogel is overigens wel cruciaal. Als je dat niet meetelt, dan zijn er bij hoge snelheden eigenlijk 2 mogelijkheden: erdoor, of met muur en al voorwaarts. Zelfs al zou je een pingpongbal en een betonnen muur nemen, bij voldoende kinetische energie zal de muur altijd bezwijken, en desnoods in dat proces verdampen.