Fala uderzeniowa

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania
USS Iowa (BB-61) strzela pełną salwą burtową w czasie manewrów w pobliżu wyspy Vieques Portoryko) 1 lipca 1984 – obserwowane fale na powierzchni oceanu

Fala uderzeniowa – cienka warstwa, w której następuje gwałtowny wzrost ciśnienia ośrodka, rozchodząca się szybciej niż dźwięk. Fale uderzeniowe powstają podczas silnego wybuchu, ruchu ciała z prędkością ponaddźwiękową (np. samolot).

W powietrzu przelotowi intensywnej fali uderzeniowej w małej odległości od źródła towarzyszy wytworzenie charakterystycznej mgiełki wskutek kondensacji pary wodnej,jest to tzw. obłok Prandtla-Glauerta Zjawisko to jest zauważalne gołym okiem przy wybuchu ładunków MW o masie >0,5kg i średniej sile (TNT) lub w bezpośrednim otoczeniu samolotu poruszającego się z prędkością naddźwiękową.

Powstawanie fali uderzeniowej[edytuj | edytuj kod]

Gdy w gazie porusza się ciało, to nadaje ono cząsteczkom zderzającym się z nim dodatkową prędkość. Jeżeli prędkość tego ciała jest mniejsza od średniej prędkości cząsteczek gazu, to cząsteczki przekazują sobie w wyniku zderzeń pęd, po zderzeniu powracają i zderzają się cząsteczkami z drugiej strony. Rozchodzące się w ten sposób zaburzenie jest obserwowane jako dźwięk. Jeżeli ciało ma prędkość większą od średniej prędkości cząsteczek gazu, to cząsteczki nie "nadążają z przekazywaniem" energii poprzedzającym je cząsteczkom, powstaje obszar w którym gwałtownie rośnie prędkość cząsteczek (szczególnie w jednym kierunku) co odpowiada wzrostowi ciśnienia. Gdy ciało przestanie gwałtownie się poruszać, następuje gwałtowny spadek ciśnienia.

Jeżeli czynnik wywołujący falę trwa długo – wywołuje ruch gazu w kierunku rozchodzenia się fali (podmuch).

Po ustaniu przyczyny fala uderzeniowa rozchodząc się szybko zanika, wywołując wzrost temperatury ośrodka w którym się rozchodzi (np. powietrza). Po zwolnieniu do prędkości poddźwiękowej staje się zwykłą falą dźwiękową o dużej amplitudzie.

Silne fale dźwiękowe, słyszalne jako grzmot, lub też fale powstałe w wyniku uderzenia, niekiedy bywają mylnie nazywane falami uderzeniowymi.

Fala uderzeniowa w ciałach stałych[edytuj | edytuj kod]

W przypadku ciał stałych termin "fala uderzeniowa" jest zwykle rozumiany jako fala naprężeń ściskających o wielkiej amplitudzie lub impuls ciśnienia, który powoduje niemal natychmiastowy wzrost naprężeń lub ciśnienia w środku – przechodząca fala zwiększa gęstość ciała w kierunku swojego ruchu detonacja (przestrzeń C-J).

Fale o wielkiej amplitudzie powstają w Ziemi w wyniku takich zjawisk, jak podziemna eksplozja, trzęsienie ziemi lub uderzenie meteorytu. W laboratorium mogą być one wytwarzane pod kontrolą i są bardzo użyteczne zarówno w geofizyce, jak i badaniach ciał stałych.

Przejście fali uderzeniowej przez ciało stałe powoduje zmiany w stanie fizycznym materiału. Może ona np. spowodować przesunięcia atomów, zmiany poziomów energetycznych elektronów i zmienić bilans energii wewnętrznej. Pomiary zachowania się ciał stałych poddanych silnym impulsom ciśnienia rzuciły nowe światło na podstawowe właściwości ciał stałych i doprowadziły do zastosowania fali uderzeniowej w medycynie – poprzez ogniskowanie wiązki ultradźwięków na kamieniach nerkowych można spowodować ich skruszenie (metoda litotrypsji) czy do rozwoju takich użytecznych metod przemysłowych, jak wybuchowe platerowanie i zgrzewanie, wybuchowe cięcie i kształtowanie, uderzeniowe wprasowywanie proszków w stałe części maszyn, wybuchowe roboty ziemne (np. wykopy) i wytwarzanie nowych materiałów o szczególnych właściwościach.

Eksperymentatorzy zwykle wytwarzają fale uderzeniowe w materiałach za pomocą eksplozji przyłożonego materiału wybuchowego albo przez uderzenie pocisku o dużej prędkości wystrzelonego z działa lub przyspieszonego przez eksplozję

Fala uderzeniowa wybuchu jądrowego[edytuj | edytuj kod]

Jeżeli fala uderzeniowa powstaje w wyniku wybuchu, może rozchodzić się jako ciąg fal uderzeniowych o wzroście i spadku ciśnienia.

Fala uderzeniowa i wywołane nią wtórne zjawiska, takie jak podmuch, wahania ciśnienia, grzmot, to jeden z najważniejszych czynników niszczących wybuchu jądrowego (z wyjątkiem bomb neutronowych). Oddziałuje bezpośrednio na ludzi, przedmioty i inne w trakcie wybuchu jądrowego, wywołując burzenie budynków, przewracanie, deformowanie, rozrywanie, łamanie, porywanie sprzętu, wyrywanie drzew itp. Na ludzi działa bezpośrednio jako uderzenie, lub pośrednio jako uderzenie przez przedmioty niesione przez podmuch. Jej zasięg niszczycielski zależy od siły wybuchu bomby i odległości od wybuchu. Fala uderzeniowa może się odbijać, czego przykładem jest wybuch w Nagasaki (jedna podstawowa i 4 odbite), ale zależy to od ukształtowania terenu.

Fala uderzeniowa wybuchu rozchodząc się promieniście zanika szybko wraz z odległością od źródła, a po osłabnięciu rozchodzi się na znaczne odległości jako fala dźwiękowa.

Bibliografia[edytuj | edytuj kod]

  • Andrzej Ciepliński, Ryszard Woźniak: Encyklopedia współczesnej broni palnej (od połowy XIX wieku). Warszawa: Wydawnictwo WiS, 1994, s. 67. ISBN 83-86028-01-7.