Morphology Scaling of Drop Impact onto a Granular Layer

概要

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九州大学総合理工学研究院の桂木洋光助教は，水滴と粉体を衝突させるというシンプルな実験により，通常の衝突現象では見られない様々な形状のクレーターが形成されることを明らかにしました。具体的には，衝突の条件により「円柱状の穴クレーター」，「リング状のクレーター」，「たんこぶ状の隆起」のような特徴的クレーター形状が確認されました。更に，これらの様々なクレーター形状の半径と衝突速度や粉体層の密度との関係を表す物理法則を世界で初めて実験的に導き出しました。(2010.06.08 九州大学プレスリリース)We investigate the impact of a free-falling water drop onto a granular layer. First, we constructed a phase diagram of crater shapes with two control parameters, impact speed and grain size. A low-speed impact makes a deeper cylindrical crater in a fluffy granular target. After high-speed impacts, we observed a convex bump higher than the initial surface level instead of a crater. The inner ring can be also observed in a medium impact speed regime. Quantitatively, we found a scaling law for a crater radius with a dimensionless number consisting of impact speed and density ratio between the bulk granular layer and water drop. This scaling demonstrates that the water drop deformation is crucial to understanding the crater morphology.
2010-05-28