Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Ударна хвиля



План:


Введення

Ударна хвиля - поверхню розриву, яка рухається щодо газу і при перетині якої тиск, щільність, температура і швидкість відчувають стрибок [1]. Часто плутають з поняттям хвиля від удару, це не одне і те ж, у другому випадку не самі параметри відчувають стрибок, а їх похідні.


1. Загальні макроскопічні властивості ударних хвиль

1.1. Термодинаміка ударних хвиль

З макроскопічної точки зору ударна хвиля являє собою уявну поверхню, на якій термодинамічні величини середовища (які, як правило, змінюються в просторі безперервно) відчувають усунути особливості: кінцеві скачки. При переході через фронт ударної хвилі змінюються тиск, температура, щільність речовини середовища, а також швидкість її руху щодо фронту ударної хвилі. Всі ці величини змінюються не незалежно, а пов'язані з однією-єдиною характеристикою ударної хвилі, числом Маха. Математичне рівняння, що зв'язує термодинамічні величини до і після проходження ударної хвилі, називається ударної адіабати, або адіабати Гюгоньо.

Ударні хвилі не мають властивість адитивності в тому сенсі, що термодинамічний стан середовища, що виникає після проходження однієї ударною хвилею можна отримати послідовним пропусканням двох ударних хвиль меншої інтенсивності.


1.2. Походження ударних хвиль

Звук являє собою коливання щільності середовища, що поширюються в просторі. Рівняння стану звичайних середовищ таке, що в області підвищеного тиску швидкість звуку (тобто швидкість розповсюдження збурень) зростає (тобто звук є нелінійної хвилею). Це неминуче призводить до явища перекидання рішень, які і породжують ударні хвилі.

В силу цього механізму, ударна хвиля в звичайному середовищі - це завжди хвиля стиснення. Однак у тих системах, в яких швидкість розповсюдження збурень зменшується з ростом щільності, буде спостерігатися ударна хвиля розрідження.

Описаний механізм передбачає неминуче перетворення будь звукової хвилі в слабку ударну хвилю. Проте в повсякденних умовах для цього потрібно занадто великий час, так що звукова хвиля встигає затухнути раніше, ніж нелінійності стають помітні. Для швидкого перетворення коливання щільності в ударну хвилю потрібні сильні початкові відхилення від рівноваги. Цього можна домогтися або створенням звукової хвилі дуже великий гучності, або механічно, шляхом навколозвукових руху об'єктів в середовищі. Саме тому ударні хвилі легко виникають при вибухах, при близько-і надзвукових рухах тіл, при потужних електричних розрядах і т. д.


2. Мікроскопічна структура ударної хвилі

Ширина ударних хвиль великої інтенсивності має величину порядку довжини вільного пробігу молекул газу (більш точно - ~ 10 довжин вільного пробігу, і не може бути менше 2 довжин вільного пробігу; даний результат отриманий Чепменом на початку 1950-х). Так як в макроскопічної газодинаміці довжина вільного пробігу повинна розглядатися рівною нулю, чисто газодинамічні методи непридатні для досліджень внутрішньої структури ударних хвиль великої інтенсивності [2].

Для теоретичного вивчення мікроскопічної структури ударних хвиль застосовується кінетична теорія. Аналітично завдання про структуру ударної хвилі не вирішується, але застосовується ряд спрощених моделей. Однією з таких моделей є модель Тамма -Мота-Сміта [3] [4].


3. Швидкість розповсюдження ударної хвилі

Швидкість розповсюдження ударної хвилі в середовищі перевищує швидкість звуку в даному середовищі. Перевищення тим більше, чим вище інтенсивність ударної хвилі (відношення тисків перед і за фронтом хвилі): (p уд.волни - p сп.среди) / p сп.среди [5].

Наприклад, недалеко від центру ядерного вибуху швидкість розповсюдження ударної хвилі у багато разів вище швидкості звуку. При видаленні з ослабленням ударної хвилі, швидкість її швидко знижується і на великій дистанції ударна хвиля вироджується в звукову (акустичну) хвилю, а швидкість її розповсюдження наближається до швидкості звуку в навколишньому середовищі. Ударна хвиля в повітрі при ядерному вибуху потужністю 20 кілотонн проходить дистанції: 1000 м за 1,4 с, 2000 м - 4 с, 3000 м - 7 с, 5000 м - 12 с. Тому у людини, який побачив спалах вибуху, є якийсь час для укриття (складки місцевості, канави тощо) і тим самим зменшення вражаючої дії ударної хвилі [6].

Ударні хвилі у твердих тілах (наприклад, викликані ядерним або звичайним вибухом в скельній породі, ударом метеорита або кумулятивної струменем) при тих же швидкостях мають значно бо `льшие тиску і температури. Тверде речовина за фронтом ударної хвилі веде себе як ідеальна стислива рідину, тобто в ньому як би відсутні міжмолекулярні і міжатомні зв'язки, і міцність речовини не чинить на хвилю ніякого впливу. У разі наземного і підземного ядерного вибуху ударна хвиля в грунті не може розглядатися, як вражаючий фактор, так як вона швидко загасає; радіус її поширення невеликий і буде цілком у межах розмірів вибуховий воронки [7], всередині якої і без того досягається повна поразка міцних підземних цілей.


4. Ударні хвилі в спеціальних умовах

Гідрогазоаналогія
  • Ударна хвиля, шляхом нагрівання середовища, може викликати екзотермічну хімічну реакцію, що, в свою чергу, відіб'ється і на властивостях самої ударної хвилі. Такий комплекс "ударна хвиля + реакція горіння" носить назву хвилі детонації.
  • В астрофізичних об'єктах ударна хвиля може рухатися зі швидкостями, близькими до швидкості світла. В цьому випадку ударна адіабата модифікується.
  • Ударні хвилі в замагніченій плазмі також володіють своїми характерними особливостями. При переході через розрив, змінюється також і величина магнітного поля, на що витрачається додаткова енергія. Це тягне за собою існування максимально можливого коефіцієнта стиснення плазми при як завгодно сильних ударних хвилях.
  • Дотичні ударні хвилі представляють собою поверхню розриву змішаного (нормального і тангенціального) типу.

Примітки

  1. Лойцянскій Л. Г. Механіка рідини і газу. М.: ГІ ТТЛ, 1950. - 165 с.
  2. Ландау Л. Д., Ліфшиц Е. М. Теоретична фізика: Навчальний посібник в 10 т. Т. VI Гідродинаміка. Москва: Наука, 1986 с.494
  3. Mott-Smith, HM (1951-06-15). " The Solution of the Boltzmann Equation for a Shock Wave - link.aps.org/doi/10.1103/PhysRev.82.885 ". Physical Review 82 (6): 885. DOI : 10.1103/PhysRev.82.885 - dx.doi.org/10.1103/PhysRev.82.885. Перевірено 2010-04-12.
  4. Тамм І. Е. Праці Фізичного інституту ім. Лебедєва АН СРСР 29 (1965). Робота виконана в 1947 р.
  5. Ударна хвиля в Киеве - bse.sci-lib.com/article113581.html. Статичний - www.webcitation.org/65BNJAjax з першоджерела 3 лютого 2012.
  6. Ударна хвиля в повітрі - atombunker.ru /? page_id = 23. Статичний - www.webcitation.org/65BNKGVmM з першоджерела 3 лютого 2012.
  7. . Impact and explosion cratering. New-York, 1977. С. 804
Найбільш відома формула з ОТО - закон збереження енергії-маси Це заготовка статті по фізики. Ви можете допомогти проекту, виправивши і доповнивши її.

Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Ударна будова
2-а ударна армія
5-а ударна армія
1-а ударна армія
4-а ударна армія
Ударна армія
Ударна установка
3-я ударна армія
Корабельна ударна група
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru