Ударная волна

   Ударная волна. Основным поражающим фактором при взрыве атомной бомбы является ударная волна. На ее образование расходуется более половины общей энер­гии взрыва.

   Что представляет собой ударная волна при воздушном атомном взрыве?

   В первый момент после взрыва атомной бомбы про­дукты взрыва, а также раскаленный воздух вокруг за­ряда образуют ослепительно светящийся шар малого объема. Температура и давление внутри этого шара достигают громадных величин. На границе раздела огнен­ного шара и окружающего воздуха получается резкий перепад температуры и давления. Продукты взрыва, ограниченные поверхностью шара, стремятся быстро расшириться. Это и является причиной образования ударной волны в воздухе.

  Ударная (или взрывная) волна представляет собой область сильно сжатого воздуха и распространяется с большой сверхзвуковой скоростью во все стороны от центра взрыва. В непосредственной близости от центра взрыва эта скорость превосходит один километр в се­кунду, а далее — резко падает. Поэтому расстояние в 1000 метров от центра взрыва она пробегает за 2 се­кунды, расстояние в 2000 и 3000 метров — соответственно за 5 и 8 секунд (рис. 31).

  Скорость распространения ударной воздушной волны по мере удаления от центра взрыва быстро уменьшается, а ударная волна ослабевает и в конце концов вырож­дается в звуковую волну.

  Когда (ударная волна доходит до какой-либо точки среды или преграды, то в этой точке скачком (практи­чески мгновенно) давление повышается ва величину ∆Р называемую избыточным давлением. Частицы воздуха приобретают определенную скорость и смещаются.

Рис. 31. Схема распространения ударной волны атомного взрыва

   Далее, как это видно из графика на рис. 32, в данной точке дав­ление падает ниже атмосферного (зона разрежения), а частицы воздуха двигаются в обратном направлении — к центру взрыва. Следовательно, ударная волна состоит из зоны сжатия (давление выше атмосферного) и зоны разрежения (давление ниже атмосферного).

Рис. 32. График изменения давления в какой-либо точке среды или на поверхности преграды при дей­ствии ударной волны

  Если рассматривать отдельно воздушный, наземный и подводный взрывы атомных бомб, то форма ударной волны будет разной. На рис. 31 приведена картина атом­ного взрыва в пространстве без наличия каких-либо по­верхностей, отражающих ударную волну. В этом случае ударная волна представляет собой шаровой слой сильно сжатого воздуха, расширяющийся во все стороны с очень большой скоростью. На рис. 33 представлен взрыв атомной бомбы на не­котором расстоянии от поверхности земли. В этом случае образуется падающая (Основная) (1) и отраженная (2) ударные волны. Сложение падающей и отраженной волн приводит к образованию у поверхности земли головной волны (3). 

Рис. 33. Схема образования ударных волн при воздушном взрыве

  Головная волна сосредоточивает на узком участке своего фронта энергию, собранную с гораздо более значительного по размерам участка фронта падаю­щей волны. Поэтому головная волна производит усилен­ное разрушающее действие. Этим объясняется, почему при воздушном атомном взрыве получаются наибольшие радиусы поражения ударной волной наземных объектов. Например, на расстояниях до 2 километров кирпичные го­родские сооружения разрушаются. Люди получают смер­тельную контузию на расстоянии до 750 метров. Удар­ная волна способна опрокидывать автомашины, танки, срывать мосты с опор и т. д. Она способна проникать в закрытые помещения через щели и отверстия, что приводит к резкому повышению давления внутри помещений, к разрушению оборудования и поражению людей.

   Следует иметь в виду, что поражения и разрушения могут наноситься как непосредственно самой ударной волной, так и летящими комьями земли, обломками зда­ний и пр. Пожары, возникающие вследствие поврежде­ния печей, электро- и газовых сетей, могут также стать причиной поражения людей, уничтожения имущества.

  Процессы формирования ударных волн при атомном и обычном взрыве очень схожи. Поэтому механическое действие этих двух взрывов можно сравнивать между со­бой и, определять радиусы разрушения ударной волны. Зная тротиловый эквивалент для атомных бомб (в сред­нем около 20 000 тонн тротила), а следовательно, и энер­гию при взрыве- их, можно путем сравнения с обычными бомбами определить, во сколько же раз увеличивается радиус поражения ударной волны при взрыве атомной бомбы. Известно, что радиус разрушения ударной волны растет пропорционально кубическому корню из энергии, выделяемой при взрыве. Следовательно, если заряд тро­тила фугасной авиационной бомбы будет составлять 500 кг, то при взрыве ее выделится энергия, равная при­мерно 500 X 1000 больших калорий (при взрыве 1 кг тро­тила выделяется 1000 больших калорий). При взрыве же атомной бомбы с зарядом в 1 кг при условии, что разде­лилось, например, только 25% ядер атомов уранового за­ряда, выделится энергия, равная

Рис. 34. Схема образования ударных волн при подводном взрыве

  Ударные волны, образованные при подводном атом­ном взрыве, имеют некоторые особенности. Эти особен­ности объясняются тем, что вода по своим физическим свойствам (по плотности, сжимаемости и др.) резко отли­чается от воздуха. Этим и объясняется, что при взрыве атомной бомбы под водой избыточное давление ∆Р во фронте (передней границе) ударной волны в воде (на одинаковом расстоянии от места воздушного взрыва) в десятки раз больше, чем в воздухе. Время же действия повышенного давления при подводном взрыве, наоборот, в несколько раз меньше, чем при воздушном взрыве. На­конец, так как вода является средой значительно более плотной, чем воздух, то и скорость распространения удар­ной волны в воде больше, чем в воздухе.

  Поражающее действие ударной волны при подводном взрыве изменяется в зависимости от положения центра взрыва относительно поверхности воды и дна водоема. Атомный взрыв под водой и его действие на подводные конструкции будет сильнее в том случае, когда глубина центра взрыва будет составлять несколько сотен метров. При взрыве атомной бомбы на небольшой глубине пора­жающее действие ударной волны в воде будет несколько меньшим, чем при взрыве на большой глубине. Это объясняется тем, что в первом случае давление в обра­зовавшемся газовом пузыре будет спадать быстрее за счет прорыва газов в атмосферу. Кроме этого, при взрыве на небольшой глубине образующаяся при отражении от поверхности воды волна разрежения будет быстро сни­жать давление ударной волны в воде.

  Ударная волна, образовавшаяся при подводном атом­ном взрыве, является основным поражающим фактором. Она способна произвести значительные механические раз­рушения объектов, находящихся в воде на значительных расстояниях от места взрыва. Например, надводные и подводные суда тонут в радиусе до 0,7 километра от центра взрыва, а сильные повреждения судов наблюда­ются в радиусе до 1 километра. Надводные надстройки кораблей при подводном взрыве не получают сильных повреждений. Повреждения же подводной части корабля оказываются более сильными. Созданные на поверхности воды волны не представляют значительной опасности для кораблей.

  Рассмотрим последний случай — взрыв атомной бомбы на некоторой глубине под поверхностью земли.

  При подземном взрыве в грунте образуется воронка огромных размеров, а также происходит сильное сотря­сение грунта. Выброшенный из воронки грунт летит на значительные расстояния и сам становится поражающим фактором.

  Далее, вследствие прорыва газов, образуется воздуш­ная ударная волна, распространяющаяся в воздухе над землей. Образовавшаяся же ударная волна в грунте спо­собна вызвать разрушения или повреждения подземных и наземных сооружений. С увеличением глубины, на которой производится атомный взрыв, при прочих рав­ных условиях разрушительное действие ударной волны в грунте проявляется на больших расстояниях.