Impact figures: tunnels, vases, spirals and bamboos
Figures d'impact : tunnels, vases, spirales et bambous
Abstract
We study experimentally different situations of impact of solids onto liquids. We first study the impact at large velocity of a solid sphere in a liquid bath. We observe the sphere's deceleration. We deduce from these laws the force exerted on the sphere by the fluid, and show that a highly sheared foam behaves like a viscous fluid. Such violent impacts also cause air entrapment. We describe the shape of the cavity created in the liquid : tunnel-like in foam, vase-shaped in a viscous oil, it can look like a spiral in water if the projectile is spinning. We then focus on low-velocity impacts on liquid films : soap films or viscous layers spread on solid surfaces. Capillary forces are comparable to the projectiles' inertia. We show that a bead hitting a film can be stucked in the liquid. A foam, containing a large number of such liquid films, can then slow down and trap particles by capillarity.
Nous étudions expérimentalement différentes figures d'impacts de solides sur des liquides. Dans un premier temps, nous lançons à grande vitesse une bille dans un bain. Nous mesurons sa décélération et en déduisons la force exercée par le fluide sur la bille. Nous montrons ainsi qu'une mousse fortement cisaillée se comporte comme un fluide visqueux. Lors de ces impacts violents, de l'air est entraîné dans le bain par le projectile. Il se forme alors au sein du liquide une cavité que nous caractérisons : elle prend la forme d'un tunnel dans la mousse, d'un vase dans une huile visqueuse, et d'une spirale dans l'eau si la bille tourne sur elle-même au moment de l'impact. Nous nous intéressons ensuite à des impacts à plus faible vitesse, en remplaçant le bain par un film liquide : film de savon ou film visqueux étendu sur un plan. Les forces capillaires deviennent alors comparables à l'inertie des projectiles. On montre alors qu'une bille venant frapper un film peut rester piégée dans le liquide. Une mousse, qui contient de nombreux films liquides, peut ainsi freiner puis capturer des solides par capillarité.
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