עומק חדירה

בבליסטיקה סופית, עומק חדירה (באנגלית: impact depth) של קליע כלשהו הוא קירוב למרחק שהקליע מצליח לחדור דרך שריון המטרה. הפיזיקאי סר אייזק ניוטון פיתח לראשונה קירוב גס למרחק החדירה של קליעים הנעים במהירויות גבוהות, שתקף במיוחד למהירויות פגיעה גבוהות בהרבה ממהירות הקול בחומר ממנו עשוי שריון המטרה.

הקירוב של ניוטון לעומק החדירה

הקירוב של ניוטון לעומק החדירה של קליעים במהירויות גבוהות מבוסס אך ורק על שיקולים הקשורים בתנע של הקליע. בפיתוח הקירוב לא מתחשבים כלל באנרגיה הקינטית של הקליע.

הרעיון הבסיסי של הקירוב הוא פשוט: הקליע נושא תנע מסוים. כדי לעצור את הקליע, התנע הזה חייב להיות מועבר אל מסה אחרת. כיוון שהמהירות של הקליע החודר כה גבוהה שכוחות הקוהזיה בתוך חומר השריון ניתנים להזנחה, התנע ניתן להעברה רק לחומר שבחזית הקליע, אשר ייהדף במהירות הקליע. אם הקליע יהדוף מסה השווה למסה שלו במהירות הזאת (מהירות הפגיעה שלו), אז התנע שלו כולו הועבר למסה שמלפני הקליע והקליע ייעצר (זהו רק קירוב: המסה שהוא צריך להדוף היא בפועל גבוהה יותר ממסתו שכן מהירותו יורדת במהלך החדירה לשריון). עבור קליע עם סימטריה גלילית, עד הרגע שהוא ייעצר הוא יחדור לעומק ששווה לאורכו שלו כפול יחס הצפיפויות שלו ושל החומר ממנו עשוי השריון.

הקירוב הזה תקף רק לקליע קהה (ללא צורה אווירודינמית) וחומר מטרה ללא קוהזיה, לפחות לא במהירות הקליע. זה נכון במיוחד כאשר מהירות הקליע גבוהה בהרבה ממהירות הקול בתוך חומר המטרה - במהירויות גבוהות כאלה, מרבית החומרים המוצקים לא "מספיקים" להגיב (התכונות שלהם כחומר מוצק לא באות ליד ביטוי) ומתחילים להתנהג כמו זורם. זאת הסיבה גם מדוע הקירוב הזה תקף במיוחד עבור מהירויות גבוהות - הקשיחות של החומר (הקושי לשבור אותו) לא באה לידי ביטוי במהירויות פגיעה גבוהות בהרבה ממהירות הקול בחומר המטרה.

דוגמאות מעשיות

קליעים: קליעים המיועדים לחדור דרך גופים מתכתיים צריכים להיות מיוצרים מחומר בעל צפיפות גבוהה מאוד, כמו אורניום (19.1 g/cm³). לפי הקירוב של ניוטון, קליע העשוי מאורניום יחדור מרחק פלדה משוריינת של 2.5 פעמים אורכו העצמי.
מטאוריטים: כפי שניתן להסיק מגודלו של הלחץ האטמוספירי, המסה של האטמוספירה שקולה מבחינת לחץ לבערך 10 מטר של מים. כיוון שלקרח יש בערך אותה צפיפות כמו למים, קוביית קרח המגיעה מהחלל במהירות של 15km/s תהיה חייבת להיות באורך של לפחות 10 מטר כדי להגיע לפני כדור הארץ במהירות גבוהה. אירוע טונגוסקה מוסבר לעיתים קרובות בדרך הזאת (באמצעות שימוש בקירוב של ניוטון); מטאוריט עשוי ברזל (בעל צפיפות 7.874 גרם לסמ"ק) באורך של 1.3 מטר יצליח לבקע את דרכו דרך האטמוספירה עד לקרקע - כלומר מה שאירע באירוע זה היה שהמטאוריטים היו מעט מעל האורך הקריטי.