粉体層の低速度衝突に対する応答についての実験的研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13740269
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 中村 昭子 神戸大学, 自然科学研究科, 助教授 (40260012)
• Keywords: 衝突 / 粉体 / クレーター / レゴリス

Research Abstract

大気中での低速度衝突実験を行い、衝突体の密度や直径と、できたクレーターの大きさの関係を調べた。また、高速度ビデオを用いて、粉体放出の連続画像を取得し、予備的な解析を行った。その結果を、従来のスケーリング則と比較した。
粉体試料は、かんらん岩粒子180-212μm、と発泡スチロール球粒子2mm直径のものを用意した。また、それぞれの粒子からなる粉体層の密度、あるいは空隙率を測定しておいた。
設備の高速度ビデオカメラを用いて、用意した粉体層への固体衝突体の低速度衝突を、250コマ毎秒で記録した。衝突体としては、発泡スチロールから鉛まで、密度を3桁程度変化させたものを用意した。衝突速度は、4m/sに固定した。
できたクレーターの直径と深さを測り、そこから、放物面を仮定して体積を求めた。その結果は、高速度衝突実験でもとめられたスケーリング則から推測される体積とくらべて1桁から2桁小さいものになっていた。
放出物の初速度は、画像を1コマ1コマ追跡して、粒子の軌跡を求め、空気抵抗を無視することで求めた。これで求まる速度は2次元速度であるため、現象が軸対象に起こっていることを仮定して、3次元速度を推定した。この粒子速度分布と、やはり高速度衝突実験で求められたスケーリング則をつかって算出される速度分布-すなわち、ある速度以上をもつ粒子の総体積-を比べてみると、今回の結果のほうが、やはり1桁から2桁小さくなっていた。
発泡スチロールとかんらん岩粒子について、従来のスケーリング則からのずれという観点では結果に大きな差異は見られなかった。