Ударная волна

Со словом «волна» в житейской практике связано представление о периодическом процессе, наглядным примером которого является волнение на море. Покачаться на «волнах» – излюбленное развлечение купальщиков.

В физике пользуются словом «волна» в более широком смысле и говорят о распространении волны и в том случае, когда местное повышение или понижение давления вызвано однократным ударом, взрывом или засосом воздуха.

Очень своеобразно выглядит воздушная волна, создаваемая взрывом. (Мы уже говорили, что воздушную волну можно сфотографировать, поэтому слово «выглядит» вполне подходит к волне давления.)

На рис. 128 изображен мгновенный профиль такой взрывной волны – кривая изображает распределение давления вдоль какого-либо направления распространения волны. Профиль волны составляется постепенным подъемом, завершающимся отвесным спуском. Направление движения волны показано на схеме слева направо. Участки воздуха, расположенные правее фронта, в рассматриваемое мгновение покоятся – до них волна еще доберется.

Основная особенность описываемой взрывной или, как ее называют, ударной волны – это резкий скачок давления на «фронте»; точки, находящиеся в покое, захватываются максимумом давления практически мгновенно: частица воздуха только что находилась при атмосферном давлении, а в следующее мгновение давление в этом месте максимально. Затем по мере дальнейшего продвижения ударной волны давление в точке, на которой мы остановили внимание, будет постепенно падать в соответствии с профилем левого пологого склона горки.

На рис. 128 изображено распределение давления вдоль какой-либо линии распространения волны. Волна распространяется в пространстве, и фронтом является поверхность.

Фронт ударной волны несет с собой скачок не только давления, но также и плотности и температуры.

Кроме изменения давления и температуры ударная волна несет с собой и движение. И в звуковой волне воздух приходит в движение вдоль линии распространения волны, но там это явление мало заметно. В ударной волне воздух увлекается столь сильно, что «увлечение» становится слишком мягким словом. Ударная волна создает сильнейший ветер, ураган… Для движения в мощных ударных волнах, пожалуй, и вообще не подберешь подходящего слова.

Скачок свойств, о котором мы говорим, исключительно резок – переход от полного покоя к максимальной скорости движения происходит на отрезке пути, равном нескольким длинам свободного пробега газовой молекулы. Для воздуха это субмикроскопическая величина порядка стотысячных долей сантиметра. Время скачка измеряется десятимиллиардными (10 ?10) долями секунды. Такое поистине мгновенное изменение состояния давления, плотности, температуры, скорости движения и есть признак ударной волны.

В зависимости от силы взрыва скачок давления, который несет с собой ударная волна, или, другими словами, высота фронта, может быть весьма различной: в момент прихода ударной волны может возрасти давление от нескольких процентов до десятков раз.

Значения скачков всех величин на фронте ударной волны связаны одно с другим. Зная величину скачка давления, можно рассчитать также и величину скачка плотности, температуры и скорости движения. Высота фронта определяет также и скорость распространения ударной волны. Скорость слабых ударных волн не отличается от скорости распространения обычной звуковой волны. По мере роста высоты фронта растет и скорость распространения ударной волны.

Приведем цифровые данные для «скромной» ударной волны, увеличивающей давление в полтора раза. Оказывается, что такое возрастание давления влечет за собой увеличение плотности воздуха на 30 % и повышение температуры на 35°. Скорость фронта такой ударной волны около 400 м/с. Уже при относительно небольшом скачке давления в 1,5 раза ударная волна будет увлекать с собой воздух со скоростью около 100 м/с, т.е. 360 км/ч. Такой скорости ветра не даст ни один ураган.

Однако возможны взрывы, способные создать несравненно более сильные ударные волны. Если волна несет с собой десятикратное возрастание давления, то на фронте волны происходит скачкообразное увеличение плотности в четыре раза и возрастание температуры на 500°. Скорость ветра достигает при этом 725 м/с. Скорость распространения такой ударной волны равна уже 1 км/с.

Ударные волны, порождаемые сильными взрывами, распространяются на десятки километров. Скачок свойств, который несет с собой ударная волна, действует как резкий удар на препятствия, встречающиеся на пути волны. Слабые ударные волны вышибают оконные стекла, разрушают стены домов, вырывают с корнем деревья. Разрушительное действие минометов во многом основано на действии ударных волн.

Разрушительное действие ударных волн резко зависит от многих обстоятельств и в особенности от длительности действия волны. Чтобы все же дать некоторое представление о связи разрушительного действия волны с основным ее параметром – повышением давления, укажем, что ударная волна с фронтом высотой всего лишь 2 % способна вышибать стекла, а волна, несущая увеличение давления вдвое, ломает толстые стены.

Из книги Революция в физике автора де Бройль Луи

2. Частица и волна, связанная с ней В чем же в основном заключалась задача? По существу в установлении определенного соответствия между распространением некоей волны и движением частицы, причем величины, описывающие волну, должны быть связаны с динамическими

Из книги Откровения Николы Теслы автора Тесла Никола

Из книги Эволюция физики автора Эйнштейн Альберт

Что такое волна? Какая-нибудь сплетня, пущенная в Вашингтоне, очень быстро доходит до Нью-Йорка, несмотря на то что ни одно лицо, принимавшее участие в ее распространении, не передвигалось между этими двумя городами. Имеются два совершенно различных способа передачи или

Из книги Движение. Теплота автора Китайгородский Александр Исаакович

Звуковая волна Если бы звук распространялся мгновенно, то все частицы воздуха колебались бы, как одна. Но звук распространяется не мгновенно, и объемы воздуха, лежащие на линии распространения, приходят в движение по очереди, как бы подхватываются волной, идущей от

Из книги Как понять сложные законы физики. 100 простых и увлекательных опытов для детей и их родителей автора Дмитриев Александр Станиславович

Ударная волна Со словом «волна» в житейской практике связано представление о периодическом процессе, наглядным примером которого является волнение на море. Покачаться на «волнах» – излюбленное развлечение купальщиков.В физике пользуются словом «волна» в более

Из книги Атомная проблема автора Рэн Филипп

17 Стоячая волна, или Буря в стакане воды Для опыта нам потребуются: большая пластмассовая миска (можно взять широкую пластиковую бутылку с отрезанным горлышком), миксер. Раз уж мы начали про веревки, подумаем, какие законы физики можно изучить с помощью веревки. Жидкости

Из книги автора

18 Звуковая стоячая волна Для опыта нам потребуются: пустая бутылка, узкий колпачок от фломастера или пустая ручка без стержня. Волна, которую мы пускали по веревке, почти ничем не отличается от волн, которые летают вокруг нас по воздуху и которые мы слышим как звуки.

Из книги автора

I. Ударная волна При определении действия ударной волны обычно руководствуются следующей формулой: механическое действие взрыва, или действие ударной волны, пропорционально корню кубическому из мощности бомбы.Как надо понимать эту формулу?Кубический корень из 2000 равен

Взрывная волна

порожденное взрывом движение среды. Под воздействием высокого давления газов, образовавшихся при взрыве, первоначально невозмущённая среда испытывает резкое сжатие и приобретает большую скорость. Состояние движения передаётся от одного слоя среды к другому так, что область, охваченная В. в., быстро расширяется. На фронте расширяющейся области среда скачком переходит из исходного невозмущённого состояния в состояние движения с более высокими давлением, плотностью и температурой. Происходящее скачком изменение состояния среды - Ударная волна - распространяется со сверхзвуковой скоростью.

В. в. характеризуется изменением давления, плотности и скорости среды с течением времени в различных точках пространства или распределением этих величин в пространстве в фиксированные моменты времени.

Одним из важных параметров, определяющих механическое действие В. в., служит создаваемое волной максимальное давление. При взрывах в газообразных и жидких средах максимальное давление достигается в момент сжатия среды в ударной волне. Др. важным параметром является интервал времени действия В. в. По мере удаления от места взрыва максимальное давление уменьшается, а время действия увеличивается (рис. 1 ).

При распространении В. в. в твердых средах ударный фронт сравнительно быстро исчезает, и В. в. превращается в ряд последовательных быстро затухающих колебаний, распространяющихся со скоростью упругих волн.

В. в. обладают свойством подобия. В соответствии с этим свойством при взрывах зарядов химического взрывчатого вещества одинаковой формы, но различной массы, расстояния, на которых максимальное давление во В. в. имеет одно и то же значение, относятся между собой как кубические корни из масс зарядов. В том же отношении изменяется интервал времени действия В. в. Например, если увеличить расстояния и интервал времени, приведённые на рис. 1 , в 10 раз, то такая В. в. будет соответствовать взрыву уже не 1 кг, а 1 т тринитротолуола (тротила).

В. в. имеет тенденцию к быстрой утрате особенностей, обусловленных природой взрыва, так что её последующее движение в основном определяется лишь величиной энергии, передаваемой окружающей среде. Благодаря этому обстоятельству В. в., порожденные в одной и той же среде взрывами разного типа, в основных чертах оказываются подобными, что позволяет ввести для характеристики взрывов так называемый Тротиловый эквивалент .

Распространяющаяся В. в. затрачивает на нагревание среды вблизи очага взрыва значительную часть своей механической энергии. Например, на расстоянии 10 км воздушная В. в., порожденная взрывом 1000 т химического взрывчатого вещества, содержит примерно 10% первоначальной энергии взрыва, а при ядерном взрыве той же энергии - вдвое меньше (из-за бо́льших потерь на нагревание воздуха). Максимальное повышение давления в волне для указанных значений расстояния и энергии взрыва измеряется сотнями н/м 2 (тысячными долями кгс/см 2). На больших расстояниях В. в. представляет собой звуковую волну (или упругую волну в твёрдой среде).

Звуковые волны в атмосфере (или упругие волны в земной коре), порождённые взрывами достаточно большой энергии, могут быть зарегистрированы специальными приборами (микробарографами, Сейсмограф ами и др.) на очень больших расстояниях. Например, при взрывах с энергией порядка 10 13 дж (несколько тысяч т тринитротолуола) волны регистрируются на расстояниях в нескольких тысяч км, а при энергиях взрывов Взрывная волна 10 16 дж (нескольких млн. т ) - практически в любой точке земного шара. На таких больших расстояниях В. в. представляет собой длинную последовательность колебаний атмосферного давления (или колебаний почвы - при подземных взрывах) очень низкой частоты (рис. 2 ).

Лит.: Расчет точечного взрыва с учетом противодавления, М., 1957; Седов Л. И., Методы подобия и размерности в механике, 4 изд., М., 1957; Ляхов Г. М., Покровский Г. И., Взрывные волны в грунтах, М., 1962; Губкин К. Е., Распространение взрывных волн, в сб.: Механика в СССР за 50 лет, т. 2, М., 1970.

К. Е. Губкин.

Изменение давления со временем в воздушной взрывной волне на расстояниях 1 м , 2,7 м и 11 м от центра взрыва сферического заряда тринитротолуола массой 1 кг .

Запись колебаний атмосферного давления в воздушной волне на расстоянии 11 500 км от места взрыва с энергией 1016 дж. Волна пробегает такое расстояние примерно за 10 ч.

Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .

Смотреть что такое "Взрывная волна" в других словарях:

    Порождённое взрывом движение среды. Под воздействием высокого давления газов, образовавшихся при взрыве, окружающая очаг взрыва среда испытывает сжатие и приобретает большую скорость. Движение передаётся от одного слоя к другому, так что область … Физическая энциклопедия

    Современная энциклопедия

    Взрывная волна - ВЗРЫВНАЯ ВОЛНА, возникающее в результате взрыва движение среды. Скачкообразное изменение состояния вещества на фронте взрывной волны распространяется со сверхзвуковой скоростью (смотри Ударная волна). Поверхность фронта взрывной волны непрерывно… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

    - (a. blast wave, blast air, explosive wave; н. Explosionswelle; ф. onde explosive; и. onda explosiva) процесс кратковременного нарушения равновесного состояния среды (газообразной, жидкой или твёрдой), распространяющийся из взрывного… … Геологическая энциклопедия

    Ударная волна, возникающая при взрыве. Фронт взрывной волны движется от центра взрыва со скоростью, превышающей скорость звука, при этом поверхность фронта взрывной волны монотонно увеличивается, а скорость ее движения и интенсивность убывают … Большой Энциклопедический словарь

    Порожденное взрывом движение среды, при котором происходит резкое повышение ее плотности, давления и температуры. Происходящее скачком изменение состояния среды ударная волна распространяется со сверхзвуковой скоростью. На больших расстояниях… … Морской словарь

    Взрывная волна - порождаемая взрывом область сильного сжатия среды (газообразной, жидкой или твердой), быстро распространяющаяся во все стороны от места взрыва. Импульс от одного слоя к др. передается за счет ударного сжатия, вызывающего в среде скачок уплотнения … Российская энциклопедия по охране труда

    ВЗРЫВНАЯ ВОЛНА - (ударная волна) упругая деформация среды, в которой произошёл (см.) В. в. представляет собой область сильного сжатия среды (воздуха, воды, земли), распространяющуюся от места взрыва со сверхзвуковой скоростью. Образуется в результате расширения… … Большая политехническая энциклопедия

    Область сжатой продуктами взрыва среды, распространяющаяся от места взрыва со сверхзвуковой скоростью. На внешней границе этой области, представляющей собой фронт ударной волны, среда скачком переходит в состояние движения с более высокими… … Словарь черезвычайных ситуаций

    взрывная волна - — Тематики нефтегазовая промышленность EN detonation waveexplosion waveblast wave … Справочник технического переводчика

    Ударная волна, возникающая при взрыве. Фронт взрывной волны движется от центра взрыва со скоростью, превышающей скорость звука, при этом поверхность фронта взрывной волны монотонно увеличивается, а скорость её движения и интенсивность убывают. *… … Энциклопедический словарь

Книги

  • Криминальные войны РУОП , П. Дашкова , А. Молчанов , С. Устинов , Б. Руденко , А. Волос , А. Сергеев , Кто самый серьезный противник РУОП? Как разрабатываются операции по внедрению в организованные преступные группировки? Какова специфика работы для настоящих мужчин? Кто такие бойцы в масках?… Категория: Отечественный мужской детектив Издатель:

Ударная волна - это область резкого сжатия среды, которая в виде сферического слоя распространяется во все стороны от места взрыва со сверхзвуковой скоростью.

В зависимости от среды распространения различают ударную волну в воздухе, в воде или грунте.

Ударная волна в воздухе образуется за счет огромной энергии, выделяемой в зоне взрыва, где высокая температура и большой давление. Например, при ядерном взрыве давление в зоне реакции достигает миллиардов атмосфер.

Раскаленные пары и газы стремясь расшириться, производят резкий удар по окружающим слоям воздуха, сжимают их до больших давлений и плотности и нагревают до очень высокой температуры. Эти слои приводят в движение последующие слои воздуха. Таким образом сжатие и перемещение воздуха происходит от одного слоя к другому во все стороны от центра взрыва, образуя воздушную ударную волну. Основным носителем действия взрыва является воздушная ударная волна, скорость распространения которой вблизи центра взрыва в несколько раз превышает скорость звука в воздухе и уменьшается по мере удаления от места взрыва до скорости звука - 340 м/с.

Например, при ядерном взрыве средней мощности воздушная ударная волна проходит 5000 м за 12 секунд. Поэтому человек, увидев вспышку ядерного взрыва до прихода ударной волныможет укрыться (в складке местности, канаве и пр.).

Передняя граница ударной волны называется фронтом ударной волны. После прохождения ударной волной данной точки пространства давление в этой точке снижается до атмосферного. Фронт ударной волны движется вперед. Образовавшийся слой сжатого воздуха называется фазой сжатия.

С удалением от центра взрыва давление во фронте ударной волны уменьшается, а толщина слоя сжатия из-за вовлечения новых масс воздуха возрастает, в то же время давление снижаясь, становится ниже атмосферного и воздух начинает движение к центру взрыва. Эта зона пониженного давления называется фазой разрежения.

Разрушительное действие большее в фазе сжатия.

С фронтом ударной волны в области сжатия движутся массы воздуха, которые при встрече с преградой тормозятся и при этом моментально возрастают до максимума: скоростной напор воздушной ударной волны и избыточное давление во фронте ударной волны.

Избыточное давление измеряется в Паскалях (Па) или в кг-сила на квадратный сантиметр: 1 Па - 1 Н/м2 (Ньютон на метр квадратный) = 0. 102 кгс/м2 = 1. 02 * 10^(-5) кгс/см2 ; 1 кгс/см2 = 98. 1 кПа или 1 кгс/см2 примерно равен 100 кПа.

Таким образом, основные параметры ударной волны, характеризующие ее разрушающее и поражающее действие: избыточное давление, во фронте ударной волны, давление скоростного напора, продолжительность действия волны - длительность фазы сжатия и скорость фронта ударной волны. Величина этих параметров в основном зависит от мощности, вида взрыва и расстояния.

При наземном взрыве энергия взрыва распределяется в полусфере и ударная волна перемещается вдоль поверхности земли, при этом на поверхности земли действует такое давление, до которого сжат воздух в соответствующей части воздушной ударной волны.

При воздушном взрыве падающая ударная волна вызывает при встрече с поверхностью земли отраженную ударную волну.

Рассмотрим термины (рис. 84).

Эпицентр воздушного взрыва - точкана поверхности земли под центром взрыва.

Зона регулярного отражения - зона с расстоянием от эпицентра, не превышающим высоты взрыва.

Зона нерегулярного отражения - зона с расстоянием от эпицентра более высоты взрыва.

В зоне регулярного отражения на предмет, расположенный на некотором расстоянии от земли, воздействует давление падающей волны, а через некоторое время - давление отраженной волны. В зоне нерегулярного отражения падающая волна опережает отраженную, последняя распространяясь в нагретом воздухе и сжатом падающей волной, движется быстрее падающей волны. В результате происходит слияние этих волн и образуется общий фронт головной ударной волны, перпендикулярной поверхности земли, высота которого по мере удаления от центра взрыва увеличивается.

Предметы, находящиеся в области действия головной ударной волны испытывают ее воздействие, а расположенные выше (верх высотных домов) - два удара - от падающей и отраженной волн.

Давление во фронте головной ударной волны значительно выше, чем во фронте падающей волны и зависит не только от мощности взрыва и расстояния от эпицентра, но и от высоты ядерного взрыва.

Оптимальной высотой взрыва считается такая, при которой наибольшая площадь разрушения. Например, для взрыва мощностью в 1 мегатонну эта высота равна 2100 м (при этом на постройки воздействует давление 20-30 кПа (0. 2-0. 3 кг/см2).

При наземном взрыве радиус поражения на сравнительно больших расстояниях больше, чем радиус поражения воздушной ударной волны, а на более удаленных - меньше, так как сказывается влияние совместного воздействия падающих и отраженных волн - головной ударной волны.

Давление (избыточное) во фронте ударной волны можно определить расчетом (см. В. Г. Атаманюк и др. Гражданская оборона. -М7: Высшая школа, 1986. с. 26).

Ударная волна в воде при подводном ядерном взрыве качественно напоминает ударную волну в воздухе, но давление во фронте ударной волны в воде больше, а время действия меньше. Например, давление на расстоянии 900 м от центра ядерного взрыва мощностью 100 кт в воде составляет 19000 кПа, а при взрыве в воздухе - около 100 кПа.

При наземном взрыве часть энергии взрыва расходуется на образование сжатия в грунте.

При взрыве в грунте происходит мощное сотрясение грунта землетрясение.

02.05.2013 23:20

Лента новостей

  • 20:32
  • 19:32
  • 14:25
  • 13:22
  • 12:24
  • 17:02
  • 16:22
  • 16:24
  • 15:32
  • 14:23
  • 13:32
  • 20:02
  • 19:02

Ударная волна представляет собой область резкого и сильного сжатия среды, распространяющейся во все стороны от центра взрыва

со сверхзвуковой скоростью.

Ударные волны возникают при взрывах практически в любых средах и передают действие взрыва на значительное расстояние.

В зависимости от среды, в которой распространяется ударная волна, различают волны: воздушные (распространяются в воздушной среде); ударные (распространяются в водной среде); сейсмовзрывные

(распространяются в грунте).

2.3. 1. Основные свойства и механизм образования

ударных волн

Процесс образования ударной волны рассмотрим на примере взрыва заряда взрывчатого вещества (ВВ).

При взрыве заряда взрывчатого вещества газообразные продукты взрыва, находящиеся под давлением порядка десятков и даже сотен тысяч атмосфер, расширяются, сжимая окружающую среду (воздух, воду, грунт и т. п.). Развитие процесса взрыва в среде схематически показано на рис. 2.2. После прохождения детонационной волны М1 по заряду ВВ (пунктиром обозначена продетонировавшая часть заря­ да) начинается расширение продуктов детонации.

Зона расширяюшихся продуктов в данный момент времени огра­ ничена кривой СМ1 С 1 , фронт ударной волны, возбужденной взры­ вом, - ВА и А1 В 1 Скорость детонации и связана со скоростями удар­

Волна сжатия, вызывающая заметный разогрев среды, может устойчиво существо­

вать только в форме ударной волны со скач­

кообразным изменением давления во фрон­ те; фронт с плавным нарастанием давления

неустойчив и быстро превращается в скачко­ образный с резким изменением давления.

Вслед за ударной волной идет волна разреже-

Рис npouecca . 2.2. Схе ма развития взры ва в среде

188 Раздел 2. Взры в

ния, которая, двигаясь по сжатому и разогретому воздуху, будет наго­ нять фронт ударной волны.

Схема изменения давления во времени при прохождении удар­ ной волны показана на рис. 2.3.

1 0 l 1 1 е 1 2

Рис. 2.3. Схема изменения давления во времени при прохождении ударной волны:

1 - фаза сжатия; 2 - фаза разрежения (nри взрывах в плотных средах - фаза рас­

тяжения или разгрузки)

В момент прихода волны в определенную точку пространства дав­ ление в прилегающей к ней области скачком увеличивается от р0 (в невозмущенной среде) до р1 (во фронте ударной волны). За фрон­ том давление быстро падает и через время /еж (время действия фазы сжатия), после прихода волны в точку, оказывается меньше р0 - фаза сжатия сменяется фазой разрежения.

Время, в течение которого давление в ударной волне сохраняется выше атмосферного, называется фазой сжатия, а время, в течение ко­ торого давление остается ниже атмосферного, - фазой разрежения.

В момент прихода ударной волны в некоторую точку среда, при­ легающая к этой точке, начинает двигаться со скоростью и в направ­ лении распространения этой волны. Характер изменения и(t) схож с характером изменения p(t). В фазе сжатия среда движется в сторону перемещения ударной волны, в фазе разрежения - в обратном на­ правлении, но с несколько меньшей скоростью.

Фронт ударной волны распространяется со сверхзвуковой скоро­

стью (V> с0), а ее хвостовая часть, где р < -р0, движется со скоростью, близкой к скорости звука с0 в невозмушенной среде, поэтому по мере движения ударная волна растягивается во времени. Давление во фронте ударной волны р 1 , скорость перемешения фронта V и скорость потока среды и не являются постоянными. При удалении удар­ ной волны от очага взрыва она уменьшается, и на больших расстоя-

ниях V приближается к с0, а и - к нулю, т. е. ударная волна вырожда­

ется в акустическую (упругую) волну. Следовательно, ударная волна

имеет как область сжатия, так и разрежения. На практике действие

ударной волны определяется фазой сжатия. Действие фазы разреже­

ния обычно несущественно, поэтому не учитывается, за исключени­

ем некоторых частных эффектов.

2.3.2. Па ра метры ударной волны

Основными параметрами ударной волны являются:

избыточное давление во фронте ударной волны;

скоростной напор ударной волны, действующий на поверхность объекта;

время действия ударной волны;

импульс волны и др.

Избыточное давление во фронте ударной волны характеризуется разностью давления во фронте волны и атмосферного давления.

др = Р1 - Ро,

где р1 - давление во фронте ударной волны;

р 0 - давление в невозмущенной среде (атмосферное давление).

Ударная волна характеризуется скоростью нарастания давления до его максимального значения.

Под максимальным давлением взрыва понимается наибольшее

давление, которое возникает при дефлаграционном сгорании наибо­ лее взрывоопасной газа- , пара-, пылевоздушной смеси в замкнутом сосуде при начал ьном давлении 1 0 1 ,3 кПа. Максимальное давление при взрыве аэросмеси можно рассчитать по формуле:

где р0 - начальное давление, при котором находится аэровзвесь, кПа;

Т 0 - начальная температура исходной смеси, К;

Tr - адиабатическая температура горения стехиометрической

смеси с воздухом при постоянном объеме, К; пк - число молей газообразных продуктов сгорания; f/11 - число молей исходной газовой смеси.

Ударная волна характеризуется пиком. Пик - это участок ударной

волны от момента ударного сжатия до завершения химической реакции,

где формируется самое высокое давление.

Параметром ударной волны является импульс волны. Величина имnульса волны будет различной в зависимости от среды, в которой nротекает взрыв. В общем виде имnульс волны оnисывается законом

где G R - масса взрывчатого (горючего) вещества; - расстояние действия ударной волны;

<р - угол отражения волны.

Расnространение ударной волны зависит от множества факторов, оnределяющих ее действие и силу.

Для оценки действия ударной волны необходимо знать характер нагрузки и nараметры системы, на которую эта нагрузка действует. Характер нагрузки обычно оnисывается функцией изменения давле­ ния ударной волны во времени p(t) в nределах от нуля до времени фазы сжатия tсж· Однако во многих частных случаях действие ударной волны с достаточной точностью оnределяется либо значением избы­

Характер воздействия ударной волны на заданную систему зави­ сит от соотношения между временем действия фазы сжатия tсж и вре-

менем релаксации системы "t, а для уnругих систем - nериодом коле­ баний Т.

Если fсж >> "t, то действие ударной волны оnределяется величи­ ной избыточного давления на ее фронте, так как в этом случае систе­ ма будет деформирована за такой nромежуток времени (nорядка

(1/4- 1/З}t}, в течение которого давление во фронте не усnеет сущест­

венно уnасть. Если, наnротив, tсж << "t, то давление за фронтом волны

снижается за столь малый nромежуток времени, что система nракти­

чески не усnевает деформироваться и дальнейшие деформации ее оn­ ределяются nриобретенным ею количеством движения, а следова­ тельно, удельным имnульсом ударной волны.

Время фазы сжатия зависит от множества факторов: размеров и формы заряда ВВ, среды, в которой nротекает взрыв, nрироды взрыв-

чатого вещества, энергии взрыва и др. Время действия фазы сжатия tсж nри использовании соответствующих форм законов подобия выразит­

ся формулами (2.4).

fсж = г0

r fсж = WF (}

fс ж = VE F3

где г0

Радиус заряда;

G - масса заряда;

Расстояние действия ударной волны;

Е - энергия взрыва;

F1 , F2, F3 - функциональная зависимость.

Огромное значение для оценки параметров ударных волн и их действия имеет закон подобия при взрывах, позволяющий сравнивать характеристики ударных волн, возбужденных взрывами зарядов раз­ личной массы, состоящих из разных ВВ, а также взрывами, вызван­ ными горением взрывоопасных смесей.

Детонационное горение возникает во взрывоопасной среде при прохождении по ней достаточно сильной ударной волны (или волны ударного сжатия). Например, если в замкнутом объеме с горючей га­ зовой смесью взорван точечный заряд взрывчатого вещества, либо произошло возгорание от источника зажигания, то по всей газовой смеси от точки расположения заряда распространится ударная волна, в которой происходит внезапное скачкообразное повышение пара­ метров состояния газовой смеси - давления, температуры, плотно­ сти. Повышение температуры газа при сжатии в ударной волне зна­ чительно больше, чем при аналогичном адиабатическом сжатии. По­ этому абсолютная температура газа, сжатого ударной волной,

прr.торциональна давлению ударной волны.

Следовательно, если ударная волна достаточно сильна, то темпе­

ратура газа под действием ударной волны может повыситься до темпе­ ратуры самовоспламенения. Ударная волна характеризуется скоростным напором. Скоростной

напор образуется в результате торможения о какую-либо преграду

движущихся масс воздуха в ударной волне. Скорость движения рас-

ширяющихся газов, образующих скоростной напор, зависит от степе­ ни сжатия газов и нагревания их ударной волной. Напор вызывает опрокидывание и отбрасывание различных объектов на значительные расстояния.

Ударная волна распространяется в пространстве со сверхзвуковой скоростью. Например, ударная волна при ядерном взрыве проходит первые 1 000 м за 2 с, 2000 м - за 5 с, 3000 м - за 8 с.

Сила ударной волны очень велика и приводит к значительным разрушениям. Если скорость повышения давления относительно не­ велика, то прежде всего будут разрушаться наименее прочные детали, например, окна и двери. В случае же однородной по прочности кон­ струкции здания подъем крыши и разрушение всех стен произойдут одновременно. Избыточное давление ударной волны приводит при взрыве к сильным повреждениям. В табл. 2.3 содержатся данные, ука­ зывающие на степень повреждений.

Таблица 2.3. Повреждения при взрыве от ударной волны

Дамениер в5, ударной Стеnень nовреЖдения

волне к Па

Разрушение стекол в окнах при больших площадях ос-

текпения

Громкий звук (1 43 дБ) ; поврежден ия стекол; 5%-ное

разрушение остекления

Повреждение обшивки домов; разрушение до 1 0 %

оконных стекол

Незначительные повреждения конструкций

90%-ное разрушение остекления, повреждение

оконных рам

Незначит льные повреждения конструкций домов

Частичное разрушение домов до состояния, при кото-

ром проживанис в них невозможно

Разрушение гофрированного асбеста. Гофрированные

стальные ил и алюминиевые паиели ослабля ются в креп-

лени и и подвергаются изгибу. Деревян ные паиели раз-

2 .3 . Характеристи ка ударн ых вол н

Окончание табл. 2.3

Степень повреждения

Разрушаются не укреnленные стены из бетона и шлаковых блоков

Н ижни й nредел серьезных nовреждений конструкций

50%-ное разрушение

Тяжелые машины (весом 1 ,35 т) в nромышленных зданиях nодвергаются небольшим nовреждениям. Стальные конструкции изгибаются

Разрушение бескаркасн ых сооружений, склеnанных из

стальных nанелей. Разрушение масляных хранилищ

Отрыв nокрытий легких nромышленных зданий

Растрескивание деревянных столбов (телеграфных и

пр.). Повреждаются высокие гидравлические nрессы

(весом 1 ,8 т)

Почти nолное разрушение домов

Перевертывание тяжелогруженых ж/д вагонов

Кирnичные стены толщи ной 200-300 мм, не укреnлен-

ньrе, теряют n рочность в результате сдви га или изгиба

Тяжелые грузовые железнодорожные вагоны nолностью

разрушаются

Разрушение более 75 % внутренней кирnичной кладки

Возможно общее разрушение зданий. Тяжел ые (>3 т)

машины и станки nередви гаются и сильно nовреждают-

ся. Очен ь тяжелые (>5 т) машины и станки сохраня ются

Разрушение с образованием кратера

Ударная волна с P s = 1 9 кПа вызывает значительные разрушения

городских построек, а при Ps = 98 кПа наступает полное разрушение

зданий и гибель живых организмов.

На степень разрушения влияют особенности конструкции соору­ жений, а также рельеф местности.

  • Нормирование параметров микроклимата(см. Лаб. Работу «Исследование параметров микроклимата на рабочих местах»)
  • Производственное освещение.
  • Основные светотехнические величины и единицы их измерения.
  • Измерение освещенности и других светотехнических величин (самостоятельно изучить, лаба, учебник «Охрана труда в машиностроении» под ред. Юдина) Виды и системы производственного освещения
  • Искусственное освещение
  • Светильники и их классификация
  • Нормирование освещения
  • Нормирование искусственного освещения
  • Расчёт производственного освещения Расчёт естественного освещения
  • Расчёт искусственного освещения
  • Организация условий охраны труда и отдыха, направленная на повышение работоспособности человека.
  • Рациональная организация рабочего места
  • Техническая эстетика. Требования охраны труда в производственном помещении.
  • Режимы труда и отдыха.
  • Влияние чрезвычайных ситуаций на психологическое состояние человека.
  • Опасные и вредные факторы среды обитания Окружающая среда
  • Структура и состав атмосферы.
  • Трансформация и взаимодействие загрязнений в окружающей среде. Вторичные явления.
  • Механизм образования смога:
  • Кислотные дожди
  • Разрушение озонового слоя.
  • Электромагнитные поля.
  • Ионизирующие излучения.
  • Экологический кризис.
  • Производственная среда. Пути негативного воздействия производственной среды на биосферу.
  • Производство и технические средства повышенной опасности.
  • Опасные и вредные факторы, характерные для условий труда по избранной специальности.
  • Пути негативного воздействия производственной среды на биосферу.
  • Влияние научно-технического прогресса, демографического взрыва, урбанизации на состояние со и процесс жизнедеятельности человека.
  • Масштабы и последствия негативного воздействия опасных и вредных факторов на человека и окружающую среду.
  • Анатомо-физеологические воздействия на человека опасных и вредных факторов среды обитания. Естественная система человека для защиты от вредных и опасных факторов среды обитания.
  • Рецепторы кожи.
  • Механические колебания
  • Воздействие шума на организм человека
  • Нормирование шума
  • Защита от шума
  • Защита от инфразвука и ультразвука.
  • Защита от вибрации
  • Воздействие электромагнитного поля на человека.
  • Нормирование электромагнитных полей.
  • Защита от электромагнитных полей.
  • Лазерное излучение.
  • Инфракрасное излучение.
  • Электробезопасность. Действие электрического тока на организм человека.
  • Анализ опасности поражения электрическим током в различных электрических сетях.
  • Шаговое напряжение и напряжение прикосновения
  • Классификация помещений по степеням безопасности поражении электрическим током.
  • Защитные меры в электроустановках
  • 6. Защитное заземление
  • Расчет системы защитного заземления (ргр-2) Ионизирующее излучение
  • Краткая характеристика излучений
  • Проникающая радиация и радиоактивное заражение окружающей среды
  • Воздействие радиоактивного заражения на людей и животных.
  • Общие принципы защиты от ионизирующего излучения.
  • Вредные вещества Вредные вещества, их классификация и пути поступления в организм.
  • Нормирование содержания вредных веществ в воздухе.
  • Нормирование содержания вредных веществ в воде.
  • Состав и пдк(предельная допустимая концентрация) активных веществ.
  • Некоторые значения пдк.
  • 3. Отравления и заболевания, вызываемые действием вредных веществ.
  • 4. Защита от вредных выбросов.
  • Характер распространения ударной волны в воздухе, воде и грунте. Основные параметры ударной волны.
  • Воздействие ударной волны на людей и животных.
  • Разрушения и повреждения, вызываемые действием ударной волны.
  • Общие требования к безопасности и экологичности технических средств и технологических процессов.
  • Экспертиза безопасности оборудования и технологических процессов.
  • Экологическая экспертиза проектов.
  • Опасные и чрезвычайные ситуации Классификация чрезвычайных ситуаций. Чрезвычайные ситуации природного происхождения.
  • Стихийные бедствия.
  • Землетрясения.
  • Наводнения
  • Оползни.
  • Снежные лавины
  • Производственные аварии. Современные средства поражения
  • Ядерное оружие.
  • Высотный ядерный взрыв.
  • Химическое оружие.
  • Бактериологическое оружие.
  • Обычные средства поражения.
  • Взрывы и пожаробезопасность. Теоретические основы горения.
  • Основные показатели пожарной безопасности.
  • 1. Температура вспышки.
  • 2. Температура воспламенения.
  • 3. Температура самовоспламенения.
  • Оценка пожарной опасности предприятий.
  • Основные мероприятия по пожарной профилактике.
  • Огнестойкость зданий и сооружений.
  • Некоторые мероприятия по профилактике пожара.
  • Система и аппараты пожаротушения.
  • Основы законодательства рф об охране труда.

    • Ударная волна. Источники образования ударной волны.

    Ударная волна -это область сжатия среды, которая в виде сферического слоя распространяется со сверхзвуковой скоростью во все стороны от источника ее образования. В зависимости от того, в какой среде распространяется ударная волна (в воздухе, воде или грунте), она соответственно называется воздушной ударной волной, ударной волной в воде, сейсмовзрывной волной в грунте.

    Различают ударную волну природного и антропогенного происхождения. К природным волнам относятся ударные волны, вызываемые извержением вулканов, землетрясениями, ураганами, смерчами, паданием метеоритов и т.д. Кантропогенным относятся ударные волны, которые возникают в результате взрывов ядерных устройств, химических взрывов, взрывов на объектах атомной энергетики, взрывов на предприятиях нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, взрывов веществ при их перевозке на транспорте, взрывов газовоздушных смесей или смесей горючих жидкостей и газов с воздухом. На данный момент широко изучено действие ударной волны при взрыве ядерных устройств. В этом случае проявляются все стороны поражающего действия ударной волны и наблюдаются все ее основные параметры.

    Ударная волна является основным поражающим фактором взрывов ядерных устройств (ядерных взрывов). Большинство разрушений и повреждений зданий и сооружений, оборудования промышленных объектов, а также поражение людей, как правило, обусловлено действием ударной волны.

    Наряду с ударными волнами другими поражающими факторами взрыва ядерных устройств являются световое излучение, проникающая радиация, радиоактивное заражение, электромагнитный импульс . Распределение энергии между поражающими факторами зависит от вида взрыва и условий, в которых он происходит. Приназемном и воздушном взрыве до 50% расходуется на образование избыточного давления ударной волны, около 30% на световое излучение, до 15% на радиоактивное заражение и около 5% на проникающую радиацию.

    Характер распространения ударной волны в воздухе, воде и грунте. Основные параметры ударной волны.

    Воздушная ударная волна образуется за счет огромной энергии, выделяемой в зоне ядерной реакции, где температура достигает 10000С, а давление - 10 5 -10 6 Па.

    Раскаленные пары и газы расширяются, производя тем самым резкий удар по окружающим слоям воздуха, в результате чего происходит сжатие этих воздушных слоев до высокого давления и большой плотности, а также нагрев до высоких температур. Сжатие и перемещение воздуха происходит от одного слоя к другому во все стороны от места взрыва, образуя тем самым ударную волну. Расширение раскаленных газов действует на небольших расстояниях от центра взрыва. На более значительных расстояниях действует воздушная ударная волна (в основном). Возле центра взрыва скорость ударной волны значительно превышает скорость звуковых волн. С увеличением расстояния от центра взрыва скорость ударной волны быстро убывает, а действие самой ударной волны быстро ослабевает. На больших расстояниях она, как правило, переходит в звуковую волну. Воздушная ударная волна при взрывах средней мощности проходит примерно 1000 м за 1.4с, 2000 м за 4с, 3000м за 7с и 5000 м за 12с.

    На графике показан характер изменения давления с течением времени в какой-либо фиксированной точке пространства.

    С приходом в? точку фронта ударной волны давление воздуха резко возрастает, также резко возрастает плотность воздуха, температура и скорость внешней среды.

    После того, как фронт ударной волны пройдет данную точку пространства, давление в ней постепенно снижается и через некоторый промежуток времени становится равным атмосферному Р 0 . Образовавшийся слой сжатого воздуха являетсяфазой сжатия (τ+ ) , в этот период времени ударная волна обладает наибольшим разрушающим действием. По мере удаления от центра взрыва давление во фронте ударной волны уменьшается, а толщина слоя сжатия со временем возрастает.

    Последнее происходит за счет привлечения новых масс воздуха. Далее давление становится ниже атмосферного, воздух начинает двигаться в направлении, противоположном распространению ударной волны, то есть к центру взрыва. Эта зона пониженного давления называется фазой разряжения (τ- ). Вфазе разряжения ударная волна производит гораздо меньшее разрушение, чем в фазе сжатия, так как максимальное отрицательное давление-ΔР значительно меньше максимального избыточного давления во фронте ударной волны. После окончания периода действия фазы разрушения, когда давление достигает значения атмосферного, прекращается движение фаз воздуха, и следовательно, разрушающего воздействия ударной волны. Непосредственно за фронтом ударной волны в области сжатия движутся массы воздуха.

    Вследствие торможения этих масс воздуха при встрече с преградой возникает давление скоростного напора. Основными параметрами ударной волны, определяющими ее поражающее действие, являются

      избыточное давление во фронте ΔР Ф ,

      скоростной напор ΔР ск ,

      время действия Т ув .

    Избыточное давление во фронте ударной волны это разница между максимальным давлением во фронте ударной волны и нормальным атмосферным давлением перед фронтом.

    ΔР Ф =Р Ф -Р 0

    Единицей измерения избыточного давления в системе Си является Па. Значение избыточного давления в какой-либо точке зависит от расстояния до центра взрыва, мощности и вида взрыва.

    Скоростной напор -это динамические нагрузки, создаваемые потоком воздуха во фронте ударной волны. Как и избыточное давление, измеряется в Па. Скоростной напор зависит от плотности воздуха, скорости движения воздушных масс и связан с избыточным давлением. Разрушающее действие скоростного напора сказывается в областях с избыточным давлением> 50 кПа.

    Время действия УВ – это время действия избыточного давления. Зависит, главным образом, от избыточного давления и скорости воздуха.