Vloeistof beschermt tegen kogels

Share Button

Op zoek naar een effectieve bescherming tegen kogels en dergelijke? Vergeet massief kevlar, koolstofvezels en dergelijke. In veel gevallen is vloeistof veel effectiever. Non-newtoniaanse vloeistoffen om precies te zijn. Wat is hun geheim?

Meter water houdt kogels tegen
We kennen allemaal de scenes in bijvoorbeeld James Bond films waarin de rokkenjagende held een duik onder water neemt om te ontsnappen aan een kogelregen. Volgens het gezonde verstand lijkt een dunne laag vloeistof om je te beschermen tegen een projectiel met een snelheid van kilometers per seconde weinig effectief. Schijn bedriegt echter. Al een meter vloeistof is voldoende om het projectiel af te remmen tot een ongevaarlijke slakkengang. De reden: de weerstand in een vloeistof neemt toe met het kwadraat van de snelheid en in tegenstelling tot een vaste stof kan een vloeistof niet scheuren. Dus dumpen de kogels hun energie snel. Dus word je beschoten door een bende agressieve booswichten, dive, dive, dive.

Vloeistofremmen en kleverige lijm
Newtoniaanse (standaard) vloeistoffen, zoals water, gedragen zich bij benadering net zo bij hoge als bij lage snelheden. Om het gedrag van een klassieke vloeistof te begrijpen, hoef je alleen de soortelijke massa en de viscositeit (stroperigheid) te kennen. In principe kan je hiermee al behoorlijk wat remmende werking bereiken.

Zo is een heel belangrijk principe in de vloeistofdynamica de zogeheten no-slip randvoorwaarde. Dat betekent dat de snelheid van de vloeistof aan de rand van een buis of oppervlak in het  algemeen altijd nul is. In vloeistofremmen wordt hier handig gebruik van gemaakt om interne wrijving op te wekken  zonder dat de remvoering slijt. Een vloeistofrem bestaat uit twee parallelle oppervlakken (meestal schijven of trommels) met een laag remvloeistof er tussen. Deze bewegen tegen elkaar in.  De remenergie wordt bij het remmen zo in de vloeistof gedumpt. In tegenstelling tot rubber en andere remmaterialen kan vloeistof niet scheuren, dus gaan vloeistofremmen veel langer mee.

Lijmen met stroop
Een geliefde toepassing van zeer stroperige vloeistoffen, bijvoorbeeld pek en bitumen,  is ze gebruiken om mee te lijmen. Ook hier zorgt de no-slip conditie voor een lijmeffect. De stroomweerstand is door het extreem dunne laagje vloeistof tussen de twee gelijmde oppervlakten zo hoog, dat  de dikke vloeistof een effectieve lijm vormt.

Waar kogels wel kevlar kunnen doorboren, absorbeert de non-Newtoniaanse vloeistof rond de Kevlar zoveel energie dat de kogel wordt afgeweerd. Bron: University of Delaware

Waar kogels wel kevlar kunnen doorboren, absorbeert de non-Newtoniaanse vloeistof rond de Kevlar zoveel energie dat de kogel wordt afgeweerd. Bron: University of Delaware

Pantser van slappe vezels en stroop 
In bepaalde lichaamspantsers worden beide ideeën tegelijkertijd gebruikt. Het probleem met kogels en scherven is niet de hoeveelheid energie, maar dat die energie op een kleine plek geconcentreerd is. De truc is dus om die energie te verspreiden. Een eenvoudige techniek om de effectiviteit van aramideweefsel en kevlar drastisch te verhogen,  is tussen de laagjes vezel vloeistof aan te brengen. Alle energie van de kogel gaat zitten in het langs elkaar trekken van de laagjes aramide waardoor de gelukkige drager de dans omspringt. De effectiviteit wordt drastisch verhoogd met een non-Newtoniaanse vloeistof. Het hier gebruikte type non-Newtoniaanse vloeistof verandert in een vaste stof bij een snelle inslag. De resukltaten zijn dan ook indrukwekkend. Een laaggewicht lichaamspantser beschermt toch tegen zware scherven en munitie. Geen wonder dat het Amerikaanse leger deelnam aan dit onderzoek van de universiteit van Delaware.

Bron
Shear Thickening Fluids – University of Delaware

Share Button

Germen

Hoofdredacteur en analist (Visionair.nl) Expertise: biologische productiesystemen (master), natuurkunde (gedeeltelijek bachelor), informatica

Dit vind je misschien ook interessant:

6 reacties

  1. antares schreef:

    Druk uitgeoefend op een vloeistof, verplaatst zich naar alle richtingen met gelijke kracht. Dit komt omdat vloeistoffen niet samendrukbaar zijn. Hierdoor worden o.a. snelle volume veranderingen door impactlichamen, opgenomen in de vorm van een verplaatsing van alle vloeistof moleculen in een volume. In feite beweeg je zo alle rechtstreeks verbonden watermoleculen in het water op aarde, als je bijvoorbeeld je hand in een oceaan steekt. De volume verandering beweegt zich dan voort als een golf. De viscositeit in combinatie met zwaartekracht en kinetische snelheid van massa impact, bepaalt dan weer de hoogte van de golf, maar ook de weerstand die het kost om de vloeistof te penetreren. Door traagheid wordt de vloeistof zelfs vast. Toegepast in het opgesloten volume van zo een kogelwerend vest, verspreid het impactmoment zich over de hele oppervlakte van het vest. De stromingsweerstand van de vloeistof (viscositeit) tussen vezels en vloeistof, verdeelt eveneens de kracht van de impact, en doet het vest z’n vorm behouden. Mooie uitvinding, had er nog nooit van gehoord.

  2. CQ schreef:

    was dat ook niet zo iets met maismeel en water?
    http://www.youtube.com/watch?v=f2XQ97XHjVw
    heeft dezelfde kleur en in ieder geval een stuk voordeliger

    • antares schreef:

      De samenstelling van de in het artikel genoemde vloeistof, noemt men een suspensie. In dit geval een suspensie van non-toxic polyethylene glycol en harde nano deeltjes, bestaande uit silica. Speciaal de (gepatendeerde) suspensie met harde nano silica deeltjes, in combinatie met de andere eigenschappen van het vest, is o.a. bestand tegen trage en snelle penetratie door impact lichamen.
       
      Toepassing van de suspensie waarvan jij hier een link plaatste, is gebaseerd op dezelfde principes, maar er is een verschil:
       
      De vaste deeltjes bestaan hier uit plantaardige eiwitten, waarvan de hardheid aanzienlijk verschilt met de nano silica deeltjes uit het artikel. Trage voorwerpen zullen het vest kunnen beschadigen, snelle voorwerpen worden mogelijk wel tegengehouden als het vest sterk genoeg is. 
       
      Van aardappelmeel, (vergelijkbaar met maismeel) weet ik dat het onmiddelijk stolt als je de verzadigde suspensie met water, onder een hoge elektrische gelijkspanning brengt. Lijkt me niet direct ideaal voor beide partijen als je benaderd wordt met messen. Hoewel de eerste klap voor de steker is, de drager zou hoogst waarschijnlijk ook slachtoffer worden van de hoge spanning. Wel kan de spanning afgeschakeld worden, waardoor mogelijk toch een goedkoop alternatief voor de dure gepatendeerde stof uit het artikel beschikbaar is. ;) 

    • Wollemia schreef:

      De stelling dat water onsamendrukbaar is is onjuist.
      De compressiemodulus van water bedraagt 1/78 van die van staal. Zie http://nl.wikipedia.org/wiki/Compressiemodulus
      Bij snelle impact wordt het water rond het inslaande object onmiddellijk verdrongen en gaat er een drukgolf lopen
      De drukgolf heeft tijd nodig om plaatsen op afstand van het inslaande te bereiken. Dit betekent dat er hoe dan ook volumerekken in het water optreden.

  3. antares schreef:

    Even een tip voor Germen:
     
    Laadsysteem met meerdere toepassingen op zonneënergie.
     
    12 volt zonnecellen zijn beschikbaar als zogenaamde druppelladers. Fresnell lenzen kun je hier kopen:
     
    https://www.google.nl/search?q=fresnel+lens+kopen&tbm=isch&tbo=u&source=univ&sa=X&ei=oyR8Uba7I8eO0AXWkoHIBg&ved=0CKcBELAE
     
    Wat je nodig hebt, zijn droge, parallell geschakelde 12 volt batterijen, met een vermogen van minstens 150 watt continue. Wat neerkomt op minimaal 12,5 ampére continue gedurende de benodigde laadtijd van o.a. je laptop, overcapaciteit is zeker aan te bevelen.
     
    Verder een goedkope omvormer (150 watt) voor camping doeleinden, van 12 volt gelijkstroom naar 220 wisselstroom. De fresnel lenzen zijn goedkoop (vanaf 3,80 euro per lens) en kun je combineren tot de geschikte sterkte i.v.m. het beschikbare zonlicht ter plaatse. Er zijn verschillende camping omvormers verkrijgbaar, waarvan ook exemplaren met usb laadkabels, speciaal voor labtops. Ik geef in dit verband de voorkeur aan normale 220 volts aansluit mogelijkheden, daar je daar ook andere adapters en verlichting op kunt aansluiten. Ik denk dat je voor 150 euro klaar bent, veel succes. ;) 
     
      

Geef een reactie

Advertisment ad adsense adlogger