¿Puede un tomate perforar un agujero en una placa de acero si sólo el tomate viaja lo suficientemente rápido?

Question

Un tomate se desplaza a gran velocidad hacia una placa de acero de 1 cm de espesor.

Digamos que esto ocurrió en el vacío, para que la resistencia del aire no destrozara el tomate antes de que chocara con la placa de acero.

Obviamente, el tomate también se destruiría, pero la cuestión es si habría un agujero en la placa de acero, dada la suficiente velocidad.

Supongo que una forma más general de formular la pregunta es: ¿Puede un objeto blando crear un agujero a través de una superficie dura, siempre que el objeto blando se desplace con la suficiente rapidez?

En caso afirmativo, ¿existe un límite para este concepto? Por ejemplo, ¿podría el tomate penetrar en una pared hecha de diamante, siempre que viajara lo suficientemente rápido?

Edición: Un comentario sobre una de las respuestas utilizadas este video para demostrar que los tomates no pueden existir durante mucho tiempo en el vacío. Si esto es correcto, la situación tiene que ser que el tomate esté inmóvil, la placa se mueva, y el tomate se ponga en el vacío poco antes del impacto. ¿Creo que el escenario del impacto sería el mismo en ese caso?

Answer 1

La noción de objeto blando o duro depende de la velocidad de interacción. El agua puede ser blanda o dura como una roca dependiendo de la velocidad a la que se caiga (o se surfee).

Para un choque, lo principal es el impulso. En el espacio, donde las velocidades relativas pueden ser muy elevadas, un simple tornillo puede causar graves daños en la ISS, y unas simples escamas de pintura provocan profundos arañazos. Así que, sí, el tomate crearía un agujero (y se evaporaría en el choque).

Answer 2

A altas velocidades, la estructura del material es mucho menos importante que a bajas velocidades. A velocidades lo suficientemente altas, la cuestión no es si el tomate puede mantener la estructura durante el impacto (no lo hará), sino que la cuestión es la masa.

El problema es más fácil de ver en el marco de referencia del tomate, donde se considera que el tomate se mantiene quieto y el plato se mueve hacia él a gran velocidad. En el momento del impacto, tenemos que resolver un problema de momento. Si el plato "quiere" mantener la integridad estructural, tiene que lidiar con el hecho de que hay una masa delante de él que debe ser tratada. Tiene que:

• Que la masa pase a través de ella, que es muy difícil, dadas las fuerzas subatómicas que intervienen en el paso de dos masas entre sí. El resultado sería catastrófico para la integridad estructural de la placa. (No creo que esto pueda ocurrir a velocidades realistas, pero a velocidades relativistas, podría hacer el trabajo)
• Acelera la masa hacia delante hasta la velocidad de la placa. Esto requiere una enorme cantidad de fuerza aplicada al tomate. El resto del plato (la parte que no golpea el tomate) "quiere" seguir avanzando a la misma velocidad. Por lo tanto, las partes exteriores del plato no se frenarán hasta que les llegue la información de que se ha producido el impacto (a la velocidad del sonido). La placa tiene que acelerar la masa del tomate lo suficientemente rápido para que adquiera velocidad antes de que la diferencia de velocidad de los bordes lejanos de la placa y la región impactada sea suficiente para desgarrar el metal. La masa es la masa. No importa si se trata de una masa blanda, como un tomate, o de una masa dura, como una roca, si necesitas acelerarla, necesitas una fuerza. Esa fuerza es proporcional a la aceleración necesaria. Naturalmente, cuanto más rápido vaya la placa, mayor será la aceleración necesaria para mantener toda la placa unida mientras la onda de choque se propaga por el metal.
• Desviar la masa a otra parte, para disminuir lo que realmente se necesita para acelerar la masa. Si se lanza el tomate contra el filo de un cuchillo, será mucho más difícil que el tomate rompa el cuchillo porque la masa del tomate no necesita moverse mucho para rodear el cuchillo. Sigue habiendo ondas de choque, como antes, pero su efecto se ve mitigado porque la forma del objeto disminuye los efectos deterministas. Por supuesto, a nivel subatómico, seguirás viendo fuerzas que probablemente podrían partir el cuchillo por la mitad, pero podemos ignorar esa línea de razonamiento porque has elegido un plato. Si crees que acelerar el tomate a la velocidad de un plato en una fracción de segundo es mucha fuerza, sólo considera lo difícil que sería acelerarlo de lado aún más. De hecho, si el plato fuera perfecto (hecho de unobtanio), tendría que empujar el tomate hacia los lados a una velocidad infinita para sacar la masa del tomate del camino. Con materiales realistas, la placa reaccionará, por ejemplo, doblándose, lo que evita este absurdo caso infinito.

Al final, dependemos de efectos como éste para muchos de nuestros sistemas de defensa contra misiles balísticos. El objetivo de un vehículo cinético de destrucción es simplemente poner una masa en el camino del misil balístico entrante, y dejar que el misil se ocupe de la cuestión de cómo lidiar con toda esa masa en su camino. Ignorando los problemas de guiado de una interceptación a esas velocidades, podríamos lanzar tomates a los misiles entrantes y derribarlos del cielo.

Answer 3

Como mencionó Anubhav en su comentario, el tomate se rompería en pedazos antes de llegar al plato. Sin embargo, para responder a la lógica de la pregunta tal evento es posible.

Una pelota de ping pong puede hacer un agujero enorme en la raqueta de ping pong si es lo suficientemente rápida. https://www.youtube.com/watch?v=acRnKnsddwc

Actualización:

Se haría un agujero, si se hacen suficientes suposiciones. Como dices, si pensamos en una velocidad inimaginable (99% de la velocidad de la luz), se comportaría básicamente como la luz. Dado que los cortadores láser pueden cortar placas de acero, yo asumiría que sí podría.

El límite elástico del acero es de 215 Mpa, y si se supone que un tomate pesa 0,2 kg y el área de impacto es de 1 cm^3, entonces se necesitarían 1075 m/s. (La velocidad de la luz es de 300.000.000 m/s) Estas son simples suposiciones y cálculos básicos. Creo que puede haber algunos errores.

Este simple cálculo nos muestra que el tomate debería viajar más rápido que una bala. (La velocidad de la bala es de aproximadamente 400 m/s)

Answer 4

Sí porque incluso un agua (una gran gota de agua) haría esto.

Se ha escrito, en muchas fuentes ( aquí por ejemplo), que a altas velocidades de impacto el agua (o incluso el gas) es tan dura como el hormigón o el vidrio. Sobre todo se trata de chocar contra el agua a alta velocidad, pero el agua que choca contra algo probablemente no haría ninguna diferencia.