Lökéshullám
Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2020. október 9-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 14 szerkesztést igényelnek .A lökéshullám egy megszakításos felület , amely a közegben mozog, miközben a nyomás , a sűrűség , a hőmérséklet és a sebesség ugrásszerűen megnő [1] .
A lökéshullámok általános makroszkopikus tulajdonságai
Lökéshullámok termodinamikája
Makroszkópiai szempontból a lökéshullám egy képzeletbeli felület, amelyen a közeg termodinamikai mennyiségei (amelyek általában folyamatosan változnak a térben) eltávolítható tulajdonságokat tapasztalnak: véges ugrások [2] . A lökéshullám frontján áthaladva megváltozik a közeg nyomása , hőmérséklete , sűrűsége , valamint mozgásának sebessége a lökéshullám elejéhez képest. Mindezek a mennyiségek nem változnak egymástól függetlenül, hanem a lökéshullám egyetlen jellemzőjéhez, a Mach-számhoz kapcsolódnak . A lökéshullám áthaladása előtti és utáni termodinamikai mennyiségekre vonatkozó matematikai egyenletet lökés-adiabátnak vagy Hugoniot -adiabátnak nevezzük .
A lökéshullámok nem rendelkeznek additív tulajdonsággal abban az értelemben, hogy a közeg termodinamikai állapota, amely egy lökéshullám áthaladása után következik be, nem érhető el két kisebb intenzitású lökéshullám egymás utáni átvitelével.
A lökéshullámok eredete
A hang a közeg sűrűségének, sebességének és nyomásának ingadozása, amely a térben terjed. A közönséges közegek állapotegyenlete olyan, hogy a nagy nyomás tartományában a kis amplitúdójú perturbációk terjedési sebessége megnő. Ez elkerülhetetlenül a véges amplitúdójú perturbációk „megfordításának” jelenségéhez vezet, amelyek lökéshullámokat generálnak.
Ennek a mechanizmusnak köszönhetően a lökéshullám egy közönséges közegben mindig kompressziós hullám (és nem feszültség , mint például földrengéskor).
A leírt mechanizmus megjósolja bármely hanghullám elkerülhetetlen átalakulását gyenge lökéshullámmá. Azonban hétköznapi körülmények között ez túl sokáig tart, így a hanghullámnak van ideje lecsillapítani, mielőtt a nemlinearitás észrevehetővé válna. A sűrűség-ingadozás lökéshullámmá történő gyors átalakulásához erős kezdeti egyensúlyi eltérésekre van szükség. Ez elérhető nagyon nagy hangerősségű hanghullám létrehozásával , vagy mechanikusan, a közegben lévő tárgyak transzonikus mozgásával. Ezért könnyen keletkeznek lökéshullámok robbanások során, testek közeli és szuperszonikus mozgása során, erős elektromos kisülések során stb.
A lökéshullám mikroszkópos szerkezete
A nagy intenzitású lökéshullámok vastagsága a gázmolekulák átlagos szabad útjának nagyságrendje (pontosabban ~10 átlagos szabad út, és nem lehet kevesebb 2 átlagos szabad útnál; ezt az eredményt Chapman szerezte meg az 1950-es évek elején ). Mivel a makroszkopikus gázdinamikában az átlagos szabad utat nullával egyenlőnek kell tekinteni, a tisztán gázdinamikai módszerek nem alkalmasak nagy intenzitású lökéshullámok belső szerkezetének vizsgálatára [3] .
A kinetikai elméletet a lökéshullámok mikroszkópos szerkezetének elméleti tanulmányozására használják . A lökéshullám-struktúra problémáját analitikusan nem oldják meg, de számos egyszerűsített modellt alkalmaznak. Az egyik ilyen modell a Tamm -Mott-Smith modell [4] [5] .
Lökéshullám sebessége
A lökéshullám terjedési sebessége egy közegben meghaladja a hang sebességét ebben a közegben. A többlet minél nagyobb, annál nagyobb a lökéshullám intenzitása (a hullámfront előtti és mögötti nyomások aránya): (p lökéshullám - p sp.medium ) / p sp.medium [6] .
Például egy nukleáris robbanás középpontja közelében a lökéshullám terjedési sebessége sokszorosa a hangsebességnek. A lökéshullám gyengüléssel történő eltávolításakor sebessége gyorsan csökken, és nagy távolságban a lökéshullám hang (akusztikus) hullámmá fajul, terjedési sebessége pedig megközelíti a környezeti hangsebességet. A 20 kilotonna erejű nukleáris robbanás során a levegőben fellépő lökéshullám távolságokat tesz meg: 1000 m 1,4 s, 2000 m 4 s, 3000 m 7 s, 5000 m 12 s. Ezért a robbanás felvillanását látó személynek van egy kis ideje elrejtőzni (terepen redők, árkok stb.), és ezáltal csökkenteni a lökéshullám káros hatásait [7] .
A szilárd anyagokban fellépő lökéshullámok (például nukleáris vagy hagyományos kőzetrobbanások, meteorit-becsapódás vagy kumulatív sugár által okozott lökéshullámok) azonos sebesség mellett lényegesen nagyobb nyomással és hőmérséklettel rendelkeznek. A lökéshullámfront mögötti szilárd anyag ideális összenyomható folyadékként viselkedik, vagyis úgy tűnik, hogy hiányoznak az intermolekuláris és interatomikus kötések, és az anyag erőssége nincs hatással a hullámra. Földi és földalatti nukleáris robbanás esetén a talajban lévő lökéshullám nem tekinthető károsító tényezőnek , mivel gyorsan lebomlik; terjedési sugara kicsi, és teljes mértékben a robbanó tölcsér méretén belül lesz [8] , amelyen belül a szilárd földalatti célpontok teljes megsemmisítése már megvalósult.
Lökéshullámok különleges körülmények között
- A lökéshullám a közeg melegítésével exoterm kémiai reakciót válthat ki [9] , amely viszont magának a lökéshullámnak a tulajdonságait is befolyásolja. Az ilyen összetett "lökéshullám + égési reakciót" detonációs hullámnak nevezik .
- Asztrofizikai objektumokban a lökéshullám a fénysebességhez közeli sebességgel mozoghat. Ebben az esetben a sokk adiabát módosul.
- A mágnesezett plazmában lévő lökéshullámoknak is megvannak a saját jellemzői. A folytonossági hiányon áthaladva a mágneses tér nagysága is megváltozik , amihez többletenergiát fordítanak. Ez magában foglalja a lehetséges maximális plazmakompressziós tényező meglétét tetszőleges erős lökéshullámok esetén.
- A tangenciális lökéshullámok vegyes (normál és érintő) típusú szakadási felületek .
Emberi hatás
A lökéshullám súlyos sérüléseket, például végtagszakadást okozhat . Ezenkívül egy lökéshullám által kidobott személy általában megsérül a környező tárgyakkal: fákkal, épületfalakkal stb. való ütközés következtében [10] .
Lásd még
- hanggát
- szuperszonikus áramlás
- A nukleáris robbanás károsító tényezői
- Wilson felhő
- Mach lemezek
Jegyzetek
- ↑ Loitsjanszkij L. G. Folyadék- és gázmechanika. M.: GI TTL, 1950. - 165 p.
- ↑ Bulat P. V. és mások / ITMO Tudományos és Műszaki Értesítő. - 2015. március-április. - UDC 532.529
- ↑ Landau L. D., Lifshitz E. M. Elméleti fizika: Tankönyv 10 kötetben T. VI Hidrodinamika. Moszkva: Nauka, 1986, 494. o
- ↑ Mott-Smith, HM A Boltzmann-egyenlet megoldása lökéshullámra // Physical Review : folyóirat . - 1951. - június 15. ( 82. évf. , 6. sz.). - 885. o . - doi : 10.1103/PhysRev.82.885 .
- ↑ Tamm I. E. Proceedings of the Physical Institute. Lebegyev AN SSSR 29 (1965). A munkát 1947-ben végezték.
- ↑ [bse.sci-lib.com/article113581.html Sokkhullám a nagy szovjet enciklopédiában] . Letöltve: 2011. szeptember 11. Az eredetiből archiválva : 2012. február 3.
- ↑ Légi lökéshullám . Letöltve: 2011. szeptember 11. Az eredetiből archiválva : 2012. február 3.
- ↑ . Becsapódási és robbanási kráterképződés. New York, 1977, 804. o
- ↑ Slinkin Sergey Viktorovich "Erősen gerjesztett molekulák reakciói és relaxációja lökéshullámokban" (2008)
- ↑ David Nott: A háborús sebész, aki segít az orvosoknak életeket menteni Ukrajnában Archiválva : 2022. április 24., a Wayback Machine , BBC, 2022.04.23.
Irodalom
- Explosive wave // Brockhaus és Efron enciklopédikus szótára : 86 kötetben (82 kötet és további 4 kötet). - Szentpétervár. , 1890-1907.
- Falkovich, G. Fluid Mechanics, rövid kurzus fizikusok számára (angol) . - Cambridge University Press , 2011. - ISBN 978-1-107-00575-4 .
- Slinkin S. V. Erősen gerjesztett molekulák reakciói és relaxációja lökéshullámokban, monográfia ( 2008 )
 Szótárak és enciklopédiák |
|
|---|---|
| Bibliográfiai katalógusokban |
|