Chokbølge
Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 9. oktober 2020; checks kræver 14 redigeringer .En stødbølge er en diskontinuitetsoverflade, der bevæger sig inde i mediet, mens tryk , tæthed , temperatur og hastighed oplever et spring [1] .
Generelle makroskopiske egenskaber ved chokbølger
Termodynamik af stødbølger
Fra et makroskopisk synspunkt er en chokbølge en imaginær overflade, hvorpå mediets termodynamiske mængder (der som regel ændres kontinuerligt i rummet) oplever aftagelige træk: endelige spring [2] . Når man passerer gennem fronten af stødbølgen , ændres trykket , temperaturen , densiteten af mediets stof samt hastigheden af dets bevægelse i forhold til fronten af stødbølgen. Alle disse mængder ændres ikke uafhængigt, men er relateret til chokbølgens eneste karakteristika, Mach-tallet . Den matematiske ligning, der relaterer de termodynamiske størrelser før og efter chokbølgens passage, kaldes chokadiabaten eller Hugoniots adiabat .
Chokbølger har ikke egenskaben additivitet i den forstand, at den termodynamiske tilstand af mediet, der opstår efter passagen af en stødbølge, ikke kan opnås ved på hinanden følgende transmission af to stødbølger med lavere intensitet.
Oprindelse af chokbølger
Lyd er udsving i mediets tæthed, hastighed og tryk, der udbreder sig i rummet. Tilstandsligningen for almindelige medier er sådan, at udbredelseshastigheden af små amplitudeforstyrrelser i området med højtryk stiger. Dette fører uundgåeligt til fænomenet "vending" af forstyrrelser med begrænset amplitude, som genererer stødbølger.
I kraft af denne mekanisme er en stødbølge i et almindeligt medium altid en kompressionsbølge (og ikke spænding , som for eksempel under et jordskælv).
Den beskrevne mekanisme forudsiger den uundgåelige transformation af enhver lydbølge til en svag stødbølge. Men i hverdagsforhold tager dette for lang tid, så lydbølgen når at henfalde, før ikke-lineariteterne bliver mærkbare. For den hurtige transformation af en tæthedsudsving til en chokbølge kræves stærke initiale afvigelser fra ligevægt. Dette kan opnås enten ved at skabe en lydbølge med meget høj lydstyrke eller mekanisk ved transonisk bevægelse af objekter i mediet. Derfor opstår der let stødbølger under eksplosioner , under nær- og supersoniske bevægelser af kroppe, under kraftige elektriske udladninger osv.
Mikroskopisk struktur af chokbølgen
Tykkelsen af højintensive chokbølger er af størrelsesordenen af den gennemsnitlige frie vej for gasmolekyler (mere præcist, ~10 gennemsnitlige frie veje, og kan ikke være mindre end 2 gennemsnitlige frie veje; dette resultat blev opnået af Chapman i begyndelsen af 1950'erne ). Da den gennemsnitlige frie vej i makroskopisk gasdynamik må anses for lig med nul, er rene gasdynamiske metoder uegnede til at studere den indre struktur af højintensive chokbølger [3] .
Kinetisk teori bruges til teoretisk at studere den mikroskopiske struktur af chokbølger . Problemet med stødbølgestrukturen løses ikke analytisk, men der anvendes en række forenklede modeller. En sådan model er Tamm -Mott-Smith- modellen [4] [5] .
Chokbølgehastighed
Udbredelseshastigheden af en stødbølge i et medium overstiger lydens hastighed i dette medium. Overskuddet er jo større, jo højere intensiteten af stødbølgen (forholdet mellem tryk foran og bagved bølgefronten): (p stødbølge - p sp.medium ) / p sp.medium [6] .
For eksempel, nær midten af en atomeksplosion , er udbredelseshastigheden af en chokbølge mange gange højere end lydens hastighed. Når stødbølgen fjernes med svækkelse, falder dens hastighed hurtigt, og på lang afstand degenererer stødbølgen til en lyd (akustisk) bølge, og dens udbredelseshastighed nærmer sig lydens hastighed i omgivelserne. En chokbølge i luften under en atomeksplosion med en kraft på 20 kiloton dækker afstande: 1000 m på 1,4 s, 2000 m på 4 s, 3000 m på 7 s, 5000 m på 12 s. Derfor har en person, der ser glimtet af en eksplosion, lidt tid til at gemme sig (folder i terrænet, grøfter osv.) og derved reducere stødbølgens skadevirkninger [7] .
Stødbølger i faste stoffer (f.eks. dem, der er forårsaget af en nuklear eller konventionel eksplosion i klippe, et meteoritnedslag eller en kumulativ stråle) ved samme hastigheder har væsentligt højere tryk og temperaturer. Det faste stof bag stødbølgefronten opfører sig som en ideel komprimerbar væske, det vil sige, at det ser ud til at mangle intermolekylære og interatomiske bindinger, og stoffets styrke har ingen effekt på bølgen. I tilfælde af en jord- og underjordisk atomeksplosion kan stødbølgen i jorden ikke betragtes som en skadelig faktor , da den hurtigt henfalder; radius for dens udbredelse er lille og vil være helt inden for størrelsen af den eksplosive tragt [8] , inden for hvilken den fuldstændige ødelæggelse af faste underjordiske mål allerede er opnået.
Chokbølger under særlige forhold
- Chokbølgen kan ved at opvarme mediet forårsage en eksoterm kemisk reaktion [9] , som igen vil påvirke egenskaberne af selve stødbølgen. En sådan kompleks "chokbølge + forbrændingsreaktion" kaldes en detonationsbølge .
- I astrofysiske objekter kan chokbølgen bevæge sig med hastigheder tæt på lysets hastighed. I dette tilfælde modificeres stødadiabaten .
- Chokbølger i et magnetiseret plasma har også deres egne karakteristiske træk. Når man passerer gennem diskontinuiteten, ændres størrelsen af magnetfeltet også , hvortil der bruges yderligere energi. Dette medfører eksistensen af den maksimalt mulige plasmakompressionsfaktor for vilkårligt stærke stødbølger.
- Tangentielle stødbølger er en diskontinuitetsoverflade af en blandet (normal og tangentiel) type.
Menneskelig påvirkning
Chokbølgen er i stand til at påføre alvorlige skader såsom lemmerruptur . Derudover kommer en person, der kastes af en chokbølge, normalt til skade ved kollisioner med omgivende genstande: træer, vægge af bygninger osv. [10] .
Se også
- lydbarriere
- supersonisk flow
- Skadelige faktorer ved en atomeksplosion
- Wilson sky
- Mach diske
Noter
- ↑ Loitsyansky L. G. Mekanik af væske og gas. M.: GI TTL, 1950. - 165 s.
- ↑ Bulat P. V. og andre / ITMO Scientific and Technical Bulletin. - marts-april 2015. - UDC 532.529
- ↑ Landau L. D., Lifshitz E. M. Teoretisk fysik: Lærebog i 10 bind T. VI Hydrodynamik. Moskva: Nauka, 1986 s.494
- ↑ Mott-Smith, HM Løsningen af Boltzmann-ligningen for en chokbølge // Physical Review : journal . - 1951. - 15. juni ( bind 82 , nr. 6 ). — S. 885 . - doi : 10.1103/PhysRev.82.885 .
- ↑ Tamm I. E. Proceedings of the Physical Institute. Lebedev AN SSSR 29 (1965). Arbejdet blev udført i 1947.
- ↑ [bse.sci-lib.com/article113581.html Chokbølge i den store sovjetiske encyklopædi] . Hentet 11. september 2011. Arkiveret fra originalen 3. februar 2012.
- ↑ Luftchokbølge . Hentet 11. september 2011. Arkiveret fra originalen 3. februar 2012.
- ↑ . Krater til stød og eksplosion. New-York, 1977, s. 804
- ↑ Slinkin Sergey Viktorovich "Reaktioner og afslapning af stærkt ophidsede molekyler i chokbølger" (2008)
- ↑ David Nott: Krigskirurgen, der hjælper læger med at redde liv i Ukraine Arkiveret 24. april 2022 på Wayback Machine , BBC, 23.04.2022
Litteratur
- Eksplosiv bølge // Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron : i 86 bind (82 bind og 4 yderligere). - Sankt Petersborg. , 1890-1907.
- Falkovich, G. Fluid Mechanics, et kort kursus for fysikere (engelsk) . - Cambridge University Press , 2011. - ISBN 978-1-107-00575-4 .
- Slinkin S. V. Reaktioner og afslapning af stærkt exciterede molekyler i chokbølger, monografi ( 2008 )
 Ordbøger og encyklopædier | |
|---|---|
| I bibliografiske kataloger |
|