อธิบายเกี่ยวกับแผ่นเหล็ก

แม้ว่าทรายจะถูกนำมาใช้เพื่อสร้างป้อมปราการทางทหารตามธรรมเนียม แต่ไม่ค่อยมีใครรู้เกี่ยวกับความสามารถในการดูดซับพลังงานของวัสดุนี้ ในการศึกษาเมื่อเร็วๆ นี้ ทีมนักวิจัยจากคณะวิศวกรรมศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัยแห่งชาติสิงคโปร์ (NUS) พบว่าทรายสามารถดูดซับพลังงานที่กระทำต่อทรายได้มากกว่าร้อยละ 85 และความสามารถในการต้านทานแรงกระแทกจะเพิ่มขึ้นด้วยความเร็ว กระสุนปืนแม้ในความเร็วสูง ในทางตรงกันข้าม แผ่นเหล็กมีความสามารถในการดูดกลืนพลังงานน้อยกว่าเมื่อเทียบกับกระสุนปืนที่มีความเร็วสูง การค้นพบใหม่นี้ชี้ให้เห็นว่าทรายอาจถูกนำมาใช้เป็นทางเลือกที่ถูกกว่า เบากว่า และเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากกว่า เพื่อเพิ่มการป้องกันโครงสร้างพื้นฐานที่สำคัญเช่นเดียวกับระบบเกราะ นำโดยผู้ช่วยศาสตราจารย์ Darren Chian Siau Chen จากภาควิชาวิศวกรรมโยธาและสิ่งแวดล้อม ทีมวิจัยของ NUS ได้ค้นพบสิ่งใหม่นี้หลังจากทำการทดสอบโดยที่กระสุนปืนที่มีรูปร่างและมวลต่างๆ ยิงใส่ก้อนทรายซิลิกา ทรายซิลิกาเป็นทรายชนิดหนึ่งที่พบมากที่สุดในโลก "ในขณะที่การใช้ทรายบดอัดสำหรับการป้องกันได้รับการฝึกฝนมาอย่างยาวนานในการตั้งค่าทางทหาร แต่ก็ยังขาดความเข้าใจโดยละเอียดเกี่ยวกับวิธีการทำงานเพื่อต้านทานแรงกระแทกและการเปลี่ยนแปลงความต้านทานนี้ตามความเร็วและรูปทรงเรขาคณิตของกระสุนที่พุ่งเข้ามาอย่างไร การศึกษามุ่งเน้นไปที่กลไกการดูดกลืนพลังงานของทราย กล่าวคือ การทำงานอย่างไรต่อการทะลุผ่านของโพรเจกไทล์ ผลการวิจัยของเราแสดงให้เห็นว่าทรายมีศักยภาพสูงในการเป็นวัสดุผสมเพื่อป้องกันผลกระทบ" ผศ.เชียร กล่าว ทรายดูดซับแรงกระแทกได้ดีกว่าเหล็ก ทีมงานซึ่งประกอบด้วยรองศาสตราจารย์ Vincent Tan จากภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกลและผู้ช่วยศาสตราจารย์ Anand Sarma จากภาควิชาวิศวกรรมโยธาและสิ่งแวดล้อม พบว่าเมื่อกระสุนปืนถูกยิงใส่บล็อกทรายด้วยความเร็วสูง มันจะดูดกลืนได้มากกว่า 85 เปอร์เซ็นต์ของพลังงานที่กระทำต่อมัน ทีมงานยังพบว่าแรงต้านที่เสนอโดยบล็อกทรายนั้นเพิ่มขึ้นตามความเร็วที่กระสุนปืนเคลื่อนที่ มีการตรวจสอบรูปร่างจมูกที่แตกต่างกันและมวลของโพรเจกไทล์ที่ยิงด้วยความเร็วที่หลากหลาย ผลกระทบยังส่งผลให้เกิดแรงเสียดทานที่รุนแรงซึ่งอาจทำให้กระสุนปืนแตกเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อยได้ นี่เป็นเพราะแรงกดและแรงเสียดทานจากเม็ดทราย ซึ่งจะขยายตัวและต้านทานการเจาะทะลุอย่างต่อเนื่องของกระสุนปืนที่เข้ามา ในทางตรงกันข้าม ความสามารถในการดูดซับพลังงานของ แผ่นเหล็ก ที่เท่ากันจะลดลงอย่างมากเมื่อความเร็วของโพรเจกไทล์เพิ่มขึ้น ส่งผลให้โพรเจกไทล์เคลื่อนที่ผ่านมันไปโดยไม่มีการต้านทานที่ชัดเจน สิ่งนี้เรียกอีกอย่างว่าปรากฏการณ์อุทกพลศาสตร์ ซึ่งเหล็กมีพฤติกรรมเหมือนกับของไหลที่ไม่มีความแข็งแรงของวัสดุด้วยความเร็วที่เพิ่มขึ้นเกินขีดจำกัดของขีปนาวุธ ซึ่งเป็นความเร็วขั้นต่ำที่จำเป็นสำหรับกระสุนปืนในการทะลุทะลวงเป้าหมาย ขยายการใช้งานทรายอย่างกว้างขวาง ทีมงานเชื่อว่าผลการศึกษาของพวกเขาจะช่วยขยายการใช้งานทรายได้หลากหลายมากขึ้น ซึ่งปัจจุบันมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านต่างๆ เช่น การทำแก้ว การก่อสร้างอาคาร และการถมที่ดิน "ลักษณะเฉพาะของทรายเหล่านี้อาจนำไปสู่การใช้ใหม่ที่น่าตื่นเต้นในพื้นที่ที่ส่งผลกระทบต่อชีวิตประจำวันของเรา เช่นเดียวกับในการป้องกัน ตัวอย่างเช่น เหล็กซึ่งเป็นหนึ่งในวัสดุหลักที่ใช้ในการสร้างระบบเกราะ สามารถเปลี่ยนบางส่วนได้ ทรายเป็นชั้นสังเวยที่ประหยัดต้นทุน เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และมีน้ำหนักเบา ทำให้มีประสิทธิภาพการดูดซับพลังงานที่เหนือกว่า เนื่องจากมีความเป็นไปได้ที่จะเกิดภัยคุกคามจากศัตรู จึงสามารถใช้ทรายเป็นวัสดุก่อสร้างเสริมกับเหล็กเพื่อเพิ่มการป้องกันโครงสร้างพื้นฐานที่สำคัญและในครัวเรือน ที่กำบังเนื่องจากทำหน้าที่ต่อต้านกระสุนปืน” ผศ.เชียร กล่าวเสริม จากนี้ไป ทีมงาน NUS ตั้งใจที่จะดำเนินการทดลองในสเกลที่ใหญ่ขึ้นเพื่อสร้างศักยภาพสูงสุดของทรายในการต้านทานแรงกระแทก เพื่อเพิ่มเติมคุณสมบัติในการยับยั้งการซึมผ่านของทราย นักวิจัยจะสำรวจการรวมชั้นทรายเข้ากับวัสดุอื่นๆ ที่เป็นไปตามข้อกำหนดสำหรับการประยุกต์ใช้ที่เป็นไปได้ในการป้องกันโครงสร้างพื้นฐานที่สำคัญ นอกจากนี้ ทีมวิจัยจะตรวจสอบความสามารถในการดูดซับพลังงานของวัสดุทางเรขาคณิตที่คล้ายคลึงกัน เช่น เศษหิน