взрыв

ФИЗИКА ВЗРЫВ А. П. ЕРШОВ Новосибирский государственный университет THE EXPLOSION A. P. ERSHOV The fundamentals of the explosion physics are considered. The most interesting kinds of explosions and the accompanying phenomena are discussed, as well as explosion applications. © Ершов А.П., 2000 Рассмотрены основы физики взрыва. Обсуждены конкретные виды взрывов, сопровождающие их явления, а также применения взрыва. Взрыв – это быстрое выделение энергии. При некоторой нечеткости такое определение достаточно наглядно. Вначале кратко рассмотрим наиболее характерные примеры взрывов. Химические взрывы. Изобретенный в древнем Китае (и вновь открытый в средневековой Европе) порох был первым компактным и мощным источником энергии. Позднее появились взрывчатые вещества (ВВ), такие, как тротил, несравненно более разрушительные. Кроме военных нужд ВВ применяются в промышленности и горном деле. Сейчас они производятся сотнями тысяч тонн в год. В последнее время все чаще химические взрывы ассоциируются в массовом сознании с террористическими актами и авариями при перевозке и хранении ВВ. Электромагнитный взрыв. Конденсатор емкостью 100 мкФ, заряженный до напряжения 300 В, эффектно пережигает медную проволочку диаметром 150 мкм (из таких проволочек состоит обыкновенный монтажный провод). Более мощные взрывы возможны при коротком замыкании электрических сетей, а также при фокусировке мощного импульса света лазера. Кинетические взрывы. Падение кометы Шумейкеров–Леви на Юпитер в 1994 году было одной из самых грандиозных катастроф в Солнечной системе на памяти человечества. Считается, что падение на Землю 70 млн лет назад астероида размером около 10 км привело к вымиранию динозавров, освободив жизненное пространство для наших предков – млекопитающих. Ядерные взрывы. Атомные и термоядерные бомбы несомненно относятся к важнейшим символам нашего века. Человек, освоив ядерную энергию, достиг технологического могущества, сравнимого по мощности с природными факторами. Важнейший процесс во Вселенной – взрывы сверхновых звезд. Звезды второго поколения, в том числе Солнце, содержат выбросы ранних сверхновых. Поэтому в Солнечной системе и на Земле много сравнительно тяжелых элементов, без которых невозможна жизнь. Наконец, и сама Вселенная возникла в результате Большого взрыва (Big Bang) около 15 млрд лет назад. ЕРШОВ А.П. ВЗРЫВ 85 ФИЗИКА ЭНЕРГИЯ ВЗРЫВА ГОРЕНИЕ И ДЕТОНАЦИЯ Взрывчатые материалы удобно сравнивать по удельной энергии Q, рассчитанной на единицу массы. Зная массу и скорость пули, а также размеры патрона, легко получить, что 1 г пороха выделяет несколько килоджоулей. При взрыве ВВ выделяется примерно такая же энергия. Характерная величина 1 ккал/г, или 4,2 кДж/г, соответствует удельной энергии тротила. Энергия кинетического взрыва при скорости удара V равна mV 2 /2, а на единицу массы приходится V 2 /2. Тротиловый эквивалент 4,2 МДж/кг соответствует скорости 2 ⋅ 4 ,2 ⋅ 10 ≈ 3000 м/с. Входя в атмосферу Земли, объекты внеземного происхождения имеют скорость больше второй космической. При 12 км/с килограмм массы эквивалентен 16 кг тротила, а при 60 км/с “космическая взрывчатка” в 400 раз калорийнее тротила. 6 Энергия ядерных взрывов – от килотонн до десятков мегатонн тротилового эквивалента. Для атомного взрыва требуется в начальной стадии химический взрыв, образующий критическую массу (например, выстрел одной частью уранового заряда в другую). Термоядерный заряд включается предварительным атомным взрывом, излучение которого сжимает термоядерное горючее. Как видно, мощные взрывы запускаются от более слабых источников. МАСШТАБ ХИМИЧЕСКОГО ЭНЕРГОВЫДЕЛЕНИЯ При взрыве и горении из сложных веществ образуются довольно простые,