Unda de detonare

Unda de detonare vizibilă (marcată în imagine) în timpul unei explozii

O undă de detonare este unda de șoc care se răspândește în toate direcțiile datorită unei explozii dacă viteza de expansiune inițială este mai mare decât viteza sunetului din mediul înconjurător.

Condiția preliminară pentru o expansiune rapidă este o viteză sonoră crescută a materialului care explodează, de obicei în legătură cu temperaturi ridicate . O explozie a cazanului de abur duce la o undă de detonare, în timp ce explozia unui rezervor de aer comprimat duce doar la o explozie.

General

Undele sonore „silențioase” respectă ecuația undelor liniare . Astfel de unde sonore pot pătrunde reciproc fără interacțiune. Criteriile pentru „liniște” (indiferent de timpan) sunt că atât presiunea sonoră, cât și presiunea dinamică datorată vitezei sunetului sunt mici comparativ cu presiunea statică . Motive de înțeles imediat: Presiunea totală nu trebuie să devină negativă și odată cu presiunea crește și scade temperatura și, astfel, viteza sunetului. Consecință ilustrativă: un tren cu val scurt care circulă pe o creastă cu val lung rulează mai repede decât acesta până ajunge la flancul din față. Unul și mai scurt le acoperă pe cele două etc., astfel încât să se adauge abruptul tuturor flancurilor frontale.

Forma de undă Friedlander ca prototip al unei unde de detonare.
Ceea ce se arată este diferența dintre presiune și presiunea statică, care este de 100 kPa (1 bar).

În 1946 Friedlander a propus forma de undă prezentată vizavi. Pentru presiuni care nu sunt prea mari, se potrivește bine curbelor de presiune determinate experimental. Următoarea formulă specifică această formă de undă ca o curbă de presiune în timp într-un punct fix din spațiu:

${\ displaystyle P (t) = P_ {0} + P_ {s} e ^ {- {\ frac {t} {t ^ {*}}}} \ left (1 - {\ frac {t} {t ^ {*}}} \ dreapta) \}$pentru t > 0, altfel${\ displaystyle P (t) = P_ {0} \.}$

Descriere: Pornind de la presiunea statică netulburată, presiunea sare instantaneu și apoi se învârte în sus cu o lovitură inferioară (în jos ) . ${\ displaystyle P_ {0}}$${\ displaystyle P_ {0} + P_ {s}}$${\ displaystyle t = t ^ {*}}$${\ displaystyle P_ {0}}$

Nor Wilson în intervalul de presiune negativă al valului de detonare de 500 de tone de TNT pe insula hawaiană Kahoʻolawe .

În zonă , temperatura poate scădea sub punctul de rouă și se poate forma un nor Wilson dacă umiditatea aerului este suficientă și distanța de la o minge de foc posibil nucleară este suficient de mare. ${\ displaystyle P <P_ {0}}$

Pentru presiuni mai mari, temperatura crește atât de mult încât aerul este disociat în atomi și ionizat. În primul rând, acest lucru schimbă ecuația de stare ; în al doilea rând, există o mulțime de radiații termice care, pe lângă conducerea căldurii prin fața de impact abrupt, contribuie la disiparea energiei în val. În explozii nucleare, radiația termică se află în domeniul razelor UV și X, adică este absorbită de aer, ceea ce complică calculul undei de detonare.

Cu propagarea, totuși, energia este distribuită pe o suprafață din ce în ce mai mare a frontului șocului până când unda se transformă într-o undă sonoră normală care se propagă doar cu viteza sunetului.

Fig. 2: Reflecție neliniară a undei de presiune a unei explozii atomice de aer

O problemă mult mai complexă este comportamentul undei de presiune sub reflexie . O explozie lângă o suprafață plană, dură (de exemplu, solul într-o explozie de aer, Fig. 2) duce la o amplificare a undei de presiune, care devine maximă pentru diferite distanțe (înălțimi de detonare) de la suprafața reflectorizantă la valori de presiune diferite. Raportul dintre unda de presiune reflectată și unda de presiune incidentă se numește factorul de reflexie . Comportamentul tipic neliniar al undelor de șoc în timpul reflecțiilor a fost investigat pe larg de SUA și Uniunea Sovietică în cadrul testelor de armament nuclear de la suprafață din anii 1950 .

Un model de calcul pentru undele de detonare atmosferică

Scăderea dependentă de distanță a suprapresiunii (roșu) și a presiunii dinamice (galben) a unei explozii nucleare. În zona mai abruptă, gazul este puternic ionizat. Tranziția undei de șoc la o undă sonoră normală se află în afara diagramei.

Fosta Agenție Nucleară de Apărare a SUA (ADN) a dezvoltat un model pentru estimarea de calcul a undelor de presiune de explozie în jurul anului 1984, care asigură dependența vârfului de suprapresiune în funcție de distanță, precum și de înălțimea detonării și de energia explozivă. Deși modelul a fost inițial dezvoltat pentru explozii nucleare , acesta poate fi aplicat și la aproape orice alte tipuri de explozie folosind reguli de scalare, cu condiția ca explozia să provină dintr-o sursă punctuală și neomogenitățile din mediul înconjurător sau suprafața reflectorizantă sunt neglijabile. Modelul, care este disponibil sub forma unui program DOS BLAST , nu este supus confidențialității. Se bazează în esență pe ecuația Rankine-Hugoniot și pe Ausgleichungsrechnungen empirice pe baza datelor testelor nucleare de pe.

Efecte

Bomba țarul a provocat cel mai mare val de șoc artificial.

Vezi si

• Unda Mach

literatură

• GF Kinney, KJ Graham: Șocuri explozive în aer. Springer, Berlin / New York 1985, ISBN 3-540-15147-8 .
• Arnold Berliner, Karl Scheel (Ed.): Manual fizic. A doua ediție, publicată de Julius Springer, Berlin 1932.
• Wilhelm Jost: explozie și procese de ardere în gaze. Publicat de Julius Springer, Berlin 1939.

Link-uri web

• Programul BLAST și altele
• Valuri de detonare în crăpături înguste (accesat pe 13 februarie 2020)
• Procese de transformare a căldurii fără transformare de fază (accesat la 14 februarie 2020)
• Simulare numerică eficientă a tranziției deflagrație-detonare (accesată la 14 februarie 2020)
• Despre fizica detonației explozivilor solizi și lichizi (accesat la 14 februarie 2020)

Dovezi individuale

1. ^ JM Dewey: Forma undei explozive: studii ale ecuației Friedlander. Prezentat la cel de-al 21-lea Simpozion internațional privind aspectele militare ale exploziei și șocului, Israel 2010 ( online ).
2. ↑ PDF la www.nrc.gov .