Exploderend ei helpt onderzoek ruimtepuin

Het kapotslaan of laten exploderen van eierschalen kan onderzoekers helpen bij het bestuderen van vliegtuigongelukken en bij het inrichten van explosies in de mijnbouw. De grootte van de fragmenten, die afhangt van de bij de explosie optredende druk, blijkt voor alle dichte schaalstructuren, van gastanks tot gebouwen, eenzelfde regelmaat te volgen. Onderzoekers van de universiteit van Stuttgart hebben dit vastgesteld aan de hand van proeven met kippeneieren en computersimulaties (Physical Review Letters, 16 juli).

De vraag hoe de afmetingen van de fragmenten na een explosie zijn verdeeld, dus hoe vaak iedere grootte relatief voorkomt, wordt beantwoord via een zogeheten power law. Dit wiskundige verband wordt gekarakteriseerd door een exponent die alleen afhangt van het aantal dimensies van het geëxplodeerde object. (Denk aan de vorm y = Cxa met y de frequentie waarmee een fragmentgrootte x optreedt, C een constante en a de exponent; door y en x dubbellogaritmisch tegen elkaar uit te zetten ontstaat een rechte lijn met als helling a). Rotsblokken en andere compacte voorwerpen hebben exponent 2,5, terwijl dat getal voor vlakke platen ergens tussen de 1,5 en 2,0 uitkomt, onafhankelijk van de grootte van het object, de materiaalsoort en de kracht van de explosie. De vraag die de onderzoekers uit Stuttgart zich stelden was of ook bij explosies van schaalstructuren de fragmentgroottes zich naar zo'n eenvoudige wet zouden voegen.

Daartoe boorden ze gaatjes in eieren, zogen ze leeg en wierpen ze met kracht tegen de grond of vulden ze met waterstofgas en lieten ze ploffen. De brokstukken werden verzameld en op hun groottes onderzocht. De power law bleek opnieuw van toepassing, met een exponent van 1,35. Dit kleinere getal betekent dat er relatief meer kleine fragmenten waren dan in geval van een explosie van een massief voorwerp.

Vervolgens ontwierpen de onderzoekers computersimulaties voor hun experimenten met exploderende eieren, en gingen na wat het resultaat zou zijn voor schalen bestaande uit zachter materiaal. Dezelfde wet dook op, en dezelfde exponent. De hoop is dat op basis van deze resultaten massa- en snelheidsverdeling van rond de aarde cirkelend ruimtepuin valt te achterhalen.