Hız ve kütleden bahsetmeden bir çarpışma olayını nasıl anlatacağız ki ? Bombanın çok yoğun malzeme içermeden hedefi delebiliyor olmasının kafanda oturmaması ve kütleye hıza olayı bağlayamıyor olman normal ama olay her şeyde olduğu gibi burda da kütleye ve hıza bağlanıyor. Neyse biraz uzunca mevzunun temel mühendislik altyapısından bahsetmeye çalışıcam. Her şeyi tek tek anlatamaycağım malesef bir çok şeyi keywordleri kullanarak kendin araştırarak anlaman lazım.
Malzeme biliminde katı malzemeleri deformasyon davranışlarına göre ikiye ayrırırz. Sünek(ductile) malzemeler ve gevrek(brittle) malzemeler. Sünek malzeme demek şekil değiştirme kabiliyeti yüksek olan malzeme demek. Gevrek malzeme ise bu özelliği düşük olan, şekil değiştiremeden kırılan malzemeler. Bunu mühendislikte stress-strain diyagramı ile gösterirler, mühendisler bir yapı tasarlarken malzemelerin bu diyagramlarından faydalanırlar.
Bu diyagramda çizilen çizginin altında kalan alana tokluk ismi verilir. Tokluk(toughness) kabaca bir cismin enerji absorbe edebilme kabiliyetidir. Zaten diyagram, cismin üzerine etkiyen basınç / birim şekil değişimi diyagramı olduğundan bu ikisinin çarpımı o cisme etkiyen enerjiyi ve dolayısıyla eğer cisim kırılmadıysa da cismin absorbe ettiği enerjiyi verecektir. Tüm bunlarla birlikte "elastik şekil değiştirme", "plastik şekil değiştirme", "Young modülü" gibi terimler var, bunları internetten bakarak öğrenirsen eğer faydalı olacaktır ve konsept daha geniş şekilde kafana oturur.
Metaller sünek malzemelerdir. Üzerine kuvvet etikiynce belli bir elastik/plastik şekil değişimine maruz kalırlar ve hemen kırılmazlar. Beton ve kayaç gibi malzemeler ise çok daha gevrek malzemelerdir. Belki çelikten daha sert(sertlik yüzey çizilmesine olan dirençtir) olurlar ancak kuvvet uygulanınca o kuvveti absober etme yeteneği çok düşüktür ve şekil değiştirmeden parçalar kopmaya başlar. Bir beton duvara ince ağızlı bir çekiçle vurursanız betonda çatlaklar oluşturup yüzeyden parçalar koparabilirsiniz ancak bunu çelik bir kütleye yapamazsınız.
İmal usulü olarak da bu sebeplerden dolayı farklı malzemeler farklı usullerle şekilenidirilir. Metalik malzemelere talaşlı şekil verilebilirken gevrek malzemelere hızlı dönen kesici takımlarla şekil vermek çok daha zordur. Tüm bu sebeplerden amacın bir zırh çeliğini delmekse farklı, seramik zırh delmekse farklı, beton delmekse farklı stratejiler izlenmeli.
Newton impact-depth kuralıyla aslında reaktif yöntemler kullanmadan, pure katı-katı dinamik çarpışması sonucu elde edilebilecek delme derinliği hakkında fikir elde edilebiliyor ancak newton yöntemi cisimlerin rijit olması prensibine dayandığından gerçekte farklı malzemeler için çok sapan sonuçlar üretiyor. Literatürde farklı tip malzemeler için geliştirilmiş bir çok empirik delme derinliği denklemi var bu sebeple. Buz için farklı, seramik için farklı, kayaçlar için farklı vs. Bir çelik bariyeri delmek istiyorsan bunu çok daha yoğun başka bir metal ile çarpıştırarak yapabilirsin. Niçin tabanca mermisi gibi ufak mühimmatların ismi kurşun, çünkü ucuza imal edilebilir ve delme etkisi yüksek olabilir en yoğun elementlerden biris kurşun. Ayrıca kurşun bir metal olduğundan kolay şekil verilebilir ve seri imal edilebilirliğe sahip olduğundan kurşun alaşımları mermi yapımında kullanılıyor.
Eskiden kullanılan teneke gibi asker başlıkları mermilerle kolayca deliniyordu. Şuanda kompozit başlıklar var ve tabanca veya düşük kalibreli tüfek mermileri ile delinemiyor. Ancak mermi yeteri kadar momentuma ve enerjiye sahip olursa yani daha kütleli veya hızlı olursa tabiki de onu da deliyor. Bu tip koruma, delme, patlatma gibi standardlar NATO tarafından STANAG ismi ile belirlenir ve her zırhlı veya patlayıcı ürünün bir standardı vardır. Yani bir askeri başlık satılırken "STANAG 4569" standardına göre LEVEL-1 koruma sertifikası ile satılır ve sen bilirsin ki o standardda yazılı olan mühimmatlarla testleri yapılmış ve başarılı geçmiş. Daha hızlı, daha büyük, daha yakından vs yapılan atışlarda koruma sağlamaz.
Ayrıca yüksek hızlı çarpışma mekaniği ve quasi-static ezilme mekaniği gibi konular standard mekanikten(statik veya dinamik) biraz daha farklı işliyor ve hesaplanıyor. Bahsi geçen konuların yönetici denklemleri non-linear diferansiyel denklemlerken diğerleri linear denklemler ile ifade edilebiliyor. Bu da analizde explicit/implicit çözüm metodunda değişikliğe sebep oluyor. Yani kısaca çarpışma sonucu delinen bir cismin analizi için standard mekanik içduyularımızla elde ettiğimiz gözlemler yeterli gelmiyor ve en sonunda olay gidip yine fiziğin üç temel yasasına bağlanıyor. Enerji korunumu, momentum korunumu ve kütle korunumu.
Anlatmaya çalıştığım şeyi elastisite teorisi, mekanik titreşimler, mukavemet ve termodinamik gibi dersler almadan anlaması çok güç farkındayım ama lise fiziğinde öğretilen ve çok basit görünen korunum yasalarına, çok kompleks non-linear parçalı diferansiyel denklemle modellenebilen sistemlerde bile varılıyor. O sebeple insanlara detayda bu kadar karmaşık olan şeyleri basitçe hız, kütle, enerji gibi şeylerle anlatmakda da bir beis görmüyorum çünkü hakikaten bir noktada oraya bağlanıyorlar.
Neyse fazla uzamış olabilir yazı, konuyu daha holistik kavrayabilmek için araştırıp öğrenilmesi gereken bir çok konu hakkında keywordler verdim aslında. Kabaca özeti şu, illa çok yüksek yoğunluklu bir malzeme kullanarak beton delmenize gerek yok. Yoğunluğu düşük fakat uygun mukavemet değerlerine sahip farklı malzemeler ile de bunu yapmak mümkün. Güçlü bir zırh çeliğinden iskeleti olan bir bomba ile, iskelete zarar vermeden metrelerce beton deldirmek mümkün. 1m C30 tipi betonu delebilmek için gereken enerji hesaplanabilir, bu enerjiyi gökten düşen bir cismin hangi kütle ve hızla çıkabileceği hesaplanabilir, bu cismin malzemesi ve et kalınlığı ne olursa cisim deforme olmadan betonun arkasından çıkacağı hesaplanabilir. Uranyum ve wolfram bazlı malzemelerle delici mühimmat yapılıyor olmasının sebebi, eskiden üretilen çelikler ile bunun yapılamıyor olmasından ve bilgisayarlı analiz metodlarının gelişmemiş olmasından dolayı hesaplanabilir dediğim bazı şeylerin elle hesaplanamıyor olmasından dı. Artık hem çok daha yüksek mukavemette çelikler üretilebiliyor hem de bilgisayarlı analizler sayesinde daha precise hesaplar yapılabiliyor.
