Знания об ударной волне. Данный написан в научно-публицистическом стиле и предназначается для профильной группы по физике (стр. 1 из 2)

Ширяев Павел 9 «Б»

Ударная волна.

Содержание:

I. Введение.

II. Глава I. Общие сведения. Формирование ударной волны.

III. Глава II. Различные среды возникновения распространения.

IV. Глава III. Воздействия.

V. Заключение.

Введение.

Тема реферата – знания об ударной волне. Данный реферат написан в научно-публицистическом стиле и предназначается для профильной группы по физике.

Реферат может служить, как дополнительное пособие для учащихся. Его целью является расширение знаний школьного курса по изучению механических колебаний и волн.

Данный реферат базируется и задействует информацию с книги А.С. Компанеец «Ударные волны» и научных работ: А.С. Кузнецов «Ударная волна ядерного взрыва» и Я. Емельяненко «Ядерный взрыв».

В первой главе будет рассказано о сущности ударной волны и её образование. Во второй главе будет рассказано о возникновение ударной волны в различных средах. В третьей главе будет рассказано о воздействие ударной волны на людей и животных, жилых зданий и сооружений. В заключение будет рассказано о значение ударной волны.

Глава I. Общие сведения.

Прежде чем перейти к особенностям формирования ударной волны, требуется дать её определение.

Ударная волна – это участок сильного сжатия воздуха, которое распространяется со сверхзвуковой скоростью (350 м/с) во все стороны от центра взрыва. В зависимости от среды распространения различают ударную волну в воздухе, в воде или грунте.

В реферате рассмотрен закон распространения ударной волны только при сильном взрыве, так как на протяжение все работы показывается действия мощных ударных волн.

Происхождение ударной волны и распространение её в пространстве, а так же все её свойства целиком определяются начальной выделившейся энергией и начальной плотностью воздуха, а также предельным сжатием в ударной волне. Последнее есть величина отвлеченная, т. е. просто число, характеризующее волну. Выясним значение первых двух именованных, т. е. обладающих размерностью величин. С их помощью можно определить закон распространения волны, т. е. зависимость радиуса от времени. Для этого надо сначала вспомнить единицы измерения энергии и плотности. Энергия измеряется в эргах, размерность которого есть:

Размерность плотности, т. е. массы единицы объема, такая:

Образуем теперь частное от деления энергии на плотность: мы хотим выразить длину, или радиус, через время, и размерность грамма нам для этого ни к чему. Искомое частное измеряется, очевидно, в таких единицах:

Умножим получившуюся величину на квадрат времени, протекшего от момента взрыва, так что получится выражение, измеряемое пятой степенью длины. Никаким другим образом из энергии, плотности и времени невозможно образовать иное выражение с такой же размерностью.

Итак, отвлекаясь от постоянных для каждого данного взрыва величин — энергии и плотности воздуха, мы получили, что пятая степень радиуса волны пропорциональна квадрату времени ее распространения.

Из полученного соотношения следует, что все сильные взрывы подобны между собой. Сравним, например, два взрыва, различающиеся по энергии в 10 000 раз, например, с эквивалентными выделениями энергии по тротилу 5 тысяч и 50 миллионов тонн. Тогда ударные волны будут иметь одинаковые радиусы в разные моменты времени: для большей энергии все времена, отвечающие тем же радиусам, будут в 100 раз меньше. Действительно, при этом условии произведения энергии на квадрат времени будут одинаковы, а плотность воздуха одинакова и так. Поэтому радиусы и окажутся одинаковыми.

Закон подобия для сильных взрывов высказал Л.Д.Ландау. На основании подобия Л. И. Седов и независимо, но с меньшей полнотой К- П. Станюкович построили теорию сильной взрывной волны.

Глава II. Различные среды возникновения и распространения.

Ударная волна способна возникать в различных средах распространения, таких как воздух, вода, земля. Поэтому в этой главе будет рассмотрены все три среды.

Для начала рассмотрим распространение ударной волны в воздухе. При воздушном взрыве создается сферическая ударная волна, которая в ближней зоне, то есть на расстоянии, меньшем чем высота взрыва, падает вниз и называется падающей. Дойдя до поверхности земли, ударная волна моментально отбивается, создавая отраженную волну. В дальней зоне, то есть на расстоянии, большем чем высота взрыва, скорость отраженной волны больше, чем скорость падающей волны. Происходит складывание падающей и отраженной волны и образования главной волны, давление в которой в 5 раз больше давления сферической волны, которая свободно распространяется по поверхность земли. Таким образом, при воздушном ядерном взрыве в ближней зоне поражающее действие определяется давлением отраженной волны, а в дальней зоне – давлением главной ударной волны. Вблизи центра взрыва скорость распространения ударной волны в несколько раз превышает скорость звука в воздухе. С увеличением расстояния от места взрыва скорость распространения волны быстро падает, а ударная волна ослабевает. На больших удаленьях ударная волна переходит, по существу, в обычную акустическую волну и скорость ее распространения приближается к скорости звука в окружающей среде, т. е. к 340 м/с. Воздушная ударная волна при ядерном взрыве средней мощности проходит примерно 1000 м за 1,4 с, 2000 м—за 4 с. 3000 м—за 7с, 5000 м—за 12 с. Отсюда следует, что человек, увидев вспышку ядерного взрыва, за время до прихода ударной волны, может занять ближайшее укрытие (складку местности, канаву, кювет, простенок и т. п.) и тем самым уменьшить вероятность поражения ударной волной.

Теперь перейдем к водной среде. Ударная волна в воде при подводном взрыве качественно напоминает ударную волну в воздухе. Однако подводная ударная волна отличается от воздушной ударной волны своими параметрами. На одних и тех же расстояниях давление во фронте ударной волны в воде гораздо больше, чем в воздухе, а время действия—меньше. Например, максимальное избыточное давление на расстоянии 900 м от центра ядерного взрыва мощностью 100 кт в глубоком водоеме составляет 19000 кПа, а при взрыве в воздушной среде—около 100 кПа.

При наземном взрыве ударная волна имеет форму полусферы, которая непрерывно увеличивается, распространяясь параллельно поверхности земли. Наземный взрыв имеет радиус поражающей ударной волны приблизительно на 20% меньший, чем радиус ударной волны воздушного взрыва. При наземном взрыве часть энергии взрыва расходуется на образование волны сжатия в грунте. В отличие от ударной волны в воздухе она характеризуется менее резким увеличением давления во фронте волны, а также более медленным его ослаблением за фронтом. Давление во фронте волны сжатия уменьшается довольно быстро с удалением от центра взрыва, и на больших расстояниях волна сжатия становится подобной сейсмической волне. При взрыве в грунте основная часть энергии взрыва передается окружающей массе грунта и производит мощное сотрясение грунта, напоминающее по своему действию землетрясение.

Глава III. Воздействие ударной волны.

Сила ударной волны способна быть поражающей и разрушительной. Поэтому, будет рассмотрено воздействие ударной волны на животных и людей, а так же на жилые здания и сооружения.

Сначала рассмотрим воздействие на животных и людей.

Ударная волна вызывает поражение, в результате действия чрезмерного давления, скоростного напора давления, она мгновенно охватывает человека и сжимает со всех сторон.

При столкновении фронта ударной волны с человеком или животным на тело действует огромное давление и это чувствуется как удар. Этот удар создает волну сжатия, которая распространяется в тканях и органах с огромной скоростью до 1500 м/с. Ткани и органы не успевают отреагировать (изменить форму, сжаться либо расшириться), по этому на некоторые из них действует давление, которое значительно большее, чем они могут выдержать и, обычно, происходит повреждение органов. Степень повреждения тканей и органов зависит от давления ударной волны, скорости ее распространения. Особенно сильно повреждаются органы, наполненные газами (легкие, кишечник), кровью (печенка, селезенка, большие сосуды) и те, которые имеют полости и наполнены жидкостями (желчный пузырь, желудок, мочевой пузырь). При действии взрывной волны происходит сильное сжатие, а потом очень расширение воздуха, которое находится в органах, что приводит к разрыву значительной части тканей.

В органах, наполненных жидкостью, в которых содержится много крови, под действием волны сжатия происходит сильный гидравлический удар. В связи с тем, что жидкости практически не сжимаются при действии на них давления, они согласно с законом гидродинамики передают его во все стороны с одинаковой силой и скоростью, что приводит к разрыву органов и больших кровеносных сосудов. Исключением являются жидкости, которые находятся в черепе и хребте, поскольку они защищены от внешнего действия костной тканью. Давление в черепе самое низкое и кровь из других органов направляется через вены в мозг. Из-за того, что черепная коробка недостаточно эластична и нервная ткань мало сжимается, создаются условия для гидравлического удара черепно-мозговой жидкости о ткани мозга и удара мозга о черепную коробку. Таким образом, повреждается головной и спинной мозг, но чаще всего и сильнее всего повреждаются легкие.

Так же очень интересный факт – психологического влияния ударной волны на людей. Люди, непосредственно подвергшиеся воздействию поражающих факторов ядерного взрыва, включая ударную волну, кроме физических повреждений, испытывают мощное психологическое угнетающее воздействие от поражающего и устрашающего вида разворачивающейся картины ядерного взрыва, осознания причинённого вреда организму и катастрофичности разрушений вокруг. Результатом такого воздействия являются устойчивые негативные воспоминания, влияющие на всю последующую жизнь человека. В Японии есть отдельное слово, обозначающее людей, ставших жертвами ядерных бомбардировок — «Хибакуся».