Ontelbare keren per dag, zeevogels duiken prooi uit de oceaan, boten komen het water in vanaf het droge, en watervliegtuigen landen zachtjes te midden van de golven. Het fenomeen van objecten die in het water komen is gemeengoed, toch blijft een volledig begrip van de fysica van het binnendringen van water ongrijpbaar, vooral als het gaat om gevallen waarin een vast object een waterlichaam binnengaat dat andere vaste objecten bevat, zoals een meeuw die in een rotsachtig stuk zee duikt.

Een team van onderzoekers van de NYU Tandon School of Engineering verkent dit relatief ongerepte onderzoeksgebied en heeft een reeks verrassende bevindingen gepubliceerd die kunnen leiden tot strategieën om de belasting van het binnendringen van water op zeeschepen te minimaliseren. watervliegtuigen, en ruimtebemanningscapsules ontworpen voor het landen op het water.

"Veel onderzoeken naar het binnendringen van water gaan voorbij aan de aanwezigheid van vaste, stilstaande objecten zoals ijs of rotsen in het water, en het is duidelijk dat deze items invloed kunnen hebben op objecten die het water in gaan en de fysica van impact kunnen veranderen, " zei Maurizio Porfiri, hoogleraar mechanische en ruimtevaarttechniek aan NYU Tandon en hoofdauteur van het artikel "Solid Obstacles Can Reduce Hydrodynamic Loading While Water Entry, " die in het tijdschrift verschijnt Fysieke beoordeling Vloeistoffen . Tot de medewerkers van Porfiri behoren NYU Tandon Adjunct-faculteitslid Ghania Benbelkacem, bij de faculteit Werktuigbouwkunde en Lucht- en Ruimtevaarttechniek, en Mohammed Jalalisendi, een recent doctoraat in de groep van Porfiri.

Porfiri en zijn medewerkers in het Dynamical Systems Laboratory creëerden een experiment met behulp van een stevige wig die zich in een tank met water stortte met een neutraal drijvende cilinder. Sensoren in de opstelling gemeten versnelling, druk, en diepte, en het team gebruikte deeltjesbeeldsnelheidsmeting om de stroming te visualiseren en de snelheid te meten van de waterstralen die door de wig worden geproduceerd wanneer deze het water raakt. Analyses onthulden dat de aanwezigheid van de cilinder in het water de fysica van de impact op de wig op onverwachte manieren drastisch veranderde.

Tot verbazing van de onderzoekers ze merkten een afname van de druk op in de ophoping - het gebied van de vloeistof waar een hogesnelheidsstraal wordt geproduceerd als de wig landt - aan de kant van de wig die zich het dichtst bij de cilinder bevindt. Porfiri en het team schreven deze afname toe aan de cilinderbeperkende vloeistof aan die kant, zodat er bij een botsing minder water werd verplaatst. Echter, in een tegenstrijdige bevinding, het team merkte een toename van de druk op naar de kiel van de wig, wijst op een rijke, complex effect van de cilinder. Verdere studies zijn nodig om deze tegenstrijdige bevindingen met elkaar te verzoenen, maar de onderzoekers merken op hoe belangrijk het is om het samenspel tussen stationaire items in water en objecten die het water binnenkomen te blijven onderzoeken.

"Het is duidelijk dat er sympathieke interacties zijn tussen deze objecten, en naarmate we ze beter begrijpen, het kan leiden tot ontwerpen en materialen die een deel van de druk op zeeschepen die in afgesloten wateren varen, verminderen, vooral degenen die poolgebieden verkennen en navigeren, ' zei Porfiri.