סיקור מקיף

האם הננו-שפופרות יגנו מפגיעת קליעים?

ננו-שפופרות פחמניות עשויות לשמש כחומר גלם לחליפות חסינות קליעים. החומרים שבהן עוצרים את הקליע ומונעים חדירתו לגוף

יורם אורעד, מגזין “גליליאו”

הננו-שפופרות הפחמניות מתגלות כחומר בעל שימושים פוטנציאליים רבים יותר ויותר. לאחרונה מסתמן שימוש אפשרי נוסף בהן – כחומר גלם לבניית חליפות חסינות קליעים.

רוב החומרים המשמשים לבניית חליפות מגן חסינות קליעים הם פולימרים בעלי חוזק גבוה מאוד, ובהם קוולאר (Kevlar) וטווארון (Twaron). חומרים אלה עוצרים את הקליע הפוגע על-ידי פיזור הכוח שהוא מפעיל על שטח גדול. באופן כזה, הלחץ על השטח הגדול פוחת ומונע את חדירת הקליע. למרות הקטנת הלחץ, עדיין אפשריים במצב זה חבלה או נזק כלשהו לאיברי הגוף.

לאחרונה גילו החוקרים האוסטרלים ליאנגצ'י זאנג (Zhang) וקאוסלה מילוואגאנאם (Mylvaganam) שהננו-שפופרות הפחמניות ניחנו ביכולת להקפיץ בחזרה קליעים הפוגעים בהן. תכונה זו הופכת אותן למועמדות טובות לבניית חליפות מגן חסינות קליעים.

בניגוד לחומרים אחרים הנמצאים בשימוש (כגון הקוולאר, כנזכר למעלה), הננו-שפופרות סופגות בתחילה את אנרגיית התנועה של הקליע ומגלגלות אותה לאנרגיה אלסטית. אנרגיית התנועה פוחתת, עקב גלגולה לאנרגיה אלסטית, אך האנרגיה האלסטית מתגלגלת בחזרה אל הקליע כאנרגיית תנועה, והקליע נע בחזרה מן החליפה החוצה.

מאחר שהננו-שפופרות חלולות וקטנות מאוד בקוטרן, הן גם קלות מאוד, דבר המהווה יתרון נוסף. זאנג וקאוסלה פיתחו הדמיית מחשב שנועדה לבחון את הקשר בין רדיוס הננו-שפופרות לבין יכולתן לבלום קליעים במהירויות שונות. הם גילו שככל שרדיוס השפופרות גדול יותר, כך גדלה גם יכולתן לבלום קליעים במהירויות גדולות יותר.

6 תגובות

  1. האנרגיה הקינטית של החודרן ברגע הפגיעה היא: מהירות החודרן ברגע הפגיעה בריבוע כפול המסה של החודרן לחלק לשתים.

  2. שריון צריך להתמודד עם האנרגיה הקינטית של החודרן ברגע הפגיעה( וזה מה שרלבנטי למקרה לפנינו- ולא התנע). האנרגיה הקינטית של החודרן ברגע הפגיעה היא: מהירות החודרן ברגע הפגיעה בריבוע כפול המסה לחלק לשתים.

  3. בשריון המורכב מסיבים הקשורים בשרף בשיטה של מטריצה תהליך השבר קורה בשני דרכים.הדרך האחת המהירות של החודרן (הקינטי) לא נותנת למטרה מספיק זמן להסיט את החודרן, והחודרן יחדור את הסיבים על ידי כשל שנגרם כתוצאה של לחיצה וגזירה.הדרך השנייה היא שככל שהחודרן מאט הוא מתחיל לכופף את לוח השריון והסיבים מתחילים להתארך ולהתפצל.שריון מורכב הוא חומר שריון רך והיכולת שלו לעצור חדירה של חודרנים היא מוגבלת.השריון האפקטיבי ביותר היא צירוף של שכבות העשויות מחומרים שונים.שכבות אלו יכללו בדרך כלל שכבה קרמיקה חיצונית שתפעל להקהות ולשחוק את החודרן ושכבות גמישות חזקות מאחוריו שיפזרו את האנרגיה על פני שטח וזמן יותר גדולים וגם ילכדו את החודרן ואת השברים של הקרמיקה.

  4. הבעיה עם קליעים היא שהם מפעילים לחץ גבוה בנקודת הפגיעה וזה מאפשר להם לחדור.
    לחץ, כידוע הוא כח חלקי שטח ולכן אחת הדרכים להתמודד איתו היא לחלק את הכח על פני שטח יותר גדול.
    למעשה מדובר כאן בשתי דרכים חלופיות להורדת הלחץ – האחת על ידי הורדת הכוח והשנייה על ידי הגדלת השטח.
    דרך הקריסה מבוססת יותר על הורדת הכוח שכן עצירת הכדור נפרשת על פני זמן יותר ארוך. היא מבוססת על כך שהשינוי בתנע הוא המכפלה של הכח בזמן וככל שהזמן מתארך מושג אותו שינוי תנע באמצעות פחות כח.
    דרך הקריסה מתאימה יותר, באופן טבעי, למצבים בהם אין צורך לספוג פגיעות רבות באותו מקום. היא מקובלת, למשל, במכוניות שאמורות להגן על הנוסעים בזמן התנגשות.
    מה שיפה בפתרון הנוכחי זה שהוא נהנה משני העולמות, מחד, והוא מסוגל לבלום פגיעות רבות באותו מקום, מאידך. מצד אחד הוא מאריך את משך ההתנגשות בזכות האלסטיות של הננו שפופרות ובכך הוא מוריד את הכוח המופעל ומצד שני הוא מפזר את הכוח על פני שטח גדול כפי שעושים חמרים אחרים המשמשים כיום באפודי מגן.

  5. שאלת תם – האם העובדה שהשפופרות הודפות בחזרה את הקליע ולא "סופגות אותו" היא לא חסרון דווקא? בכל מקום שבו צריך לספוג אנרגיה, מחפשים חומרים שהם דווקא אינם אלסטיים, אלא חומרים ש"יקרסו" ויספגו את כל האנרגיה.

  6. מזכיר לי Crysis,מתי יעשו לנו גם SUPERSPEED ו SUPERSTREANGTH? מי שלא שיחק,שישחק! (אבל קודם שיקנה לעצמו מחשב שיריץ תחרא הזה)

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר. שדות החובה מסומנים *

אתר זה עושה שימוש באקיזמט למניעת הודעות זבל. לחצו כאן כדי ללמוד איך נתוני התגובה שלכם מעובדים.