Для теоретичного вивчення мікроскопічної структури ударних хвиль застосовується кінетична теорія. Аналітично завдання про структуру ударної хвилі не вирішується, але застосовується низка спрощених моделей. Однією з таких моделей є модель Тамма-Мота-Сміта.
Швидкість розповсюдження ударної хвилі
Швидкість поширення ударної хвилі серед перевищує швидкість звуку у цьому середовищі. Перевищення тим більше, що стоїть інтенсивність ударної хвилі (ставлення тисків перед і поза фронтом хвилі): (p уд.хвилі - p сп.среды)/ p сп.среды .
Наприклад, недалеко від центру ядерного вибуху швидкість поширення ударної хвилі у багато разів вища за швидкість 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 поширення наближається до швидкості звуку в навколишньому середовищі. Ударна хвиля в повітрі при ядерному вибуху потужністю 20 кілотон проходить дистанції: 1000 м за 1,4 с, 2000 м - 4 с, 3000 м - 7 с, 5000 м - 12 с. Тому в людини, що побачила спалах вибуху, є якийсь час для укриття (складки місцевості, канави та ін) і тим самим зменшення впливу ударної хвилі, що вражає.
Ударні хвилі в твердих тілах (наприклад, спричинені ядерним або звичайним вибухом у скельній породі, ударом метеорита або кумулятивним струменем) при тих же швидкостях мають значно більші тиски та температури. Тверда речовиназа фронтом ударної хвилі поводиться як ідеальна рідина, що стискається, тобто в ньому ніби відсутні міжмолекулярні і міжатомні зв'язки, і міцність речовини не надає на хвилю ніякого впливу. У разі наземного та підземного ядерного вибуху ударна хвиля в ґрунті не може розглядатися як вражаючий фактор, оскільки вона швидко згасає; радіус її поширення невеликий і буде цілком у межах розмірів вибухової воронки, усередині якої і без того досягається повна поразка міцних підземних цілей.
Ударні хвилі у спеціальних умовах
Гідрогазоаналогія
- Ударна хвиля, шляхом нагрівання середовища, може викликати екзотермічну хімічну реакцію, що, своєю чергою, позначиться і властивостях самої ударної хвилі. Такий комплекс «ударна хвиля + реакція горіння» зветься хвилі детонації.
- В астрофізичних об'єктах ударна хвиля може рухатися зі швидкостями, близькими до швидкості світла. І тут ударна адіабату модифікується.
- Ударні хвилі в замагніченій плазмі також мають свої характерні особливості. При переході через розрив змінюється також і величина магнітного поля, на що витрачається додаткова енергія. Це спричиняє існування максимально можливого коефіцієнта стиснення плазми при будь-яких сильних ударних хвилях.
- Дотичні ударні хвилі є поверхнею розриву змішаного (нормального і тангенціального) типу.
Див. також
- Надзвуковий перебіг
Примітки
Література
- // Енциклопедичний словник Брокгауза та Ефрона: У 86 томах (82 т. і 4 дод.). - СПб. , 1890-1907.
Wikimedia Foundation. 2010 .
Дивитись що таке "Ударна хвиля" в інших словниках:
- (стрибок ущільнення), що поширюється з надзвуковою швидкістю тонка перехідна область, в якій відбувається різке збільшення щільності, тиску і швидкості у ва. У. в. виникають при вибухах, детонації, при надзвукових рухах тіл, ... Фізична енциклопедія
ударна хвиля- Перехідна область, що поширюється з надзвуковою швидкістю в газі, рідині або в твердому тілі, в якій відбувається різке збільшення щільності, тиску і швидкості середовища [ГОСТ Р 22803 86] [ГОСТ Р 22.0.08 96] ударна хвиля Ударна хвиля, … Довідник технічного перекладача
тонка перехідна область, що поширюється з надзвуковою швидкістю, в якій відбувається різке збільшення щільності, тиску і температури речовини. До найхарактерніших випадків належать ударні хвилі, що виникають при вибухах, польоті. Великий Енциклопедичний словник
УДАРНА ХВИЛЯ- процес поширення стрибка ущільнення в середовищі (у ґрунті, повітрі або воді) зі швидкістю, що перевищує швидкість звуку в тому ж середовищі. Поверхня, що відокремлює стисло середовище від незбурненої, До ст. Ударна хвиля Розповсюдження звукових хвиль і… Велика політехнічна енциклопедія
тонка перехідна область, що поширюється з надзвуковою швидкістю в стисливому середовищі, в якій відбувається різке збільшення тиску р, щільності (ρ), ентропії, швидкості середовища та ін газодинамічних змінних. У механіці суцільних середовищ цю… Енциклопедія техніки
Див Вибухова хвиля. Гірська енциклопедія. М: Радянська енциклопедія. За редакцією Є. А. Козловського. 1984 1991 … Геологічна енциклопедія
УДАРНА ХВИЛЯ- тонка перехідна область, що поширюється з надзвуковою швидкістю, в якій відбувається різке збільшення щільності, тиску і температури речовини. У. в. виникає при вибухах (див. Вибухова хвиля), польоті тіл із надзвуковою швидкістю, … Російська енциклопедіяз охорони праці
УДАРНА ХВИЛЬ, в текучих середовищах (рідинах або газах) область, що швидко переміщується в межах середовища, що характеризується різким перепадом тиску і щільності. Ударні хвилі виникають під час руху об'єктів із надзвуковими швидкостями. Т. до. Науково-технічний енциклопедичний словник
Розповсюджується з надзвуковою швидкістю в газі, рідині або твердому тілі область, в якій відбувається різке збільшення щільності, тиску та швидкості середовища. В.В. при вибуху може вражати людей і тварин, руйнувати споруди, … Словник надзвичайних ситуацій
Структура ударної хвилі
Ширина ударних хвиль великої інтенсивності має величину порядку довжини вільного пробігу молекул газу (точніше - ~10 довжин вільного пробігу, і може бути менше 2 довжин вільного пробігу; даний результат отриманий Чепменом на початку 1950-х). Оскільки в макроскопічній газодинаміці довжина вільного пробігу має розглядатися. рівної нулю, Суто газодинамічні методи непридатні для досліджень внутрішньої структури ударних хвиль великої інтенсивності
Для теоретичного вивчення мікроскопічної структури ударних хвиль застосовується кінетична теорія. Аналітично завдання про структуру ударної хвилі не вирішується, але застосовується низка спрощених моделей. Однією з таких моделей є модель Тамма-Мота-Сміта.
Швидкість розповсюдження ударної хвилі
Швидкість поширення ударної хвилі серед перевищує швидкість звуку у цьому середовищі. Перевищення тим більше, що стоїть інтенсивність ударної хвилі (відношення тисків перед і поза фронтом хвилі): (p уд.волны - p сп.среды)/ p сп.среды.
Наприклад, недалеко від центру ядерного вибуху швидкість поширення ударної хвилі у багато разів вища за швидкість звуку. При видаленні з ослабленням ударної хвилі, швидкість її швидко знижується і великій дистанції ударна хвиля вироджується в звукову (акустичну) хвилю, а швидкість її поширення наближається до швидкості звуку у навколишньому середовищі. Ударна хвиля в повітрі при ядерному вибуху потужністю 20 кілотон проходить дистанції: 1000 м за 1,4 с, 2000 м - 4 с, 3000 м - 7 с, 5000 м - 12 с. Тому в людини, яка побачила спалах вибуху, є якийсь час для укриття (складки місцевості, канави тощо) і тим самим зменшення впливу ударної хвилі (якщо, звичайно, людина не засліпне від спалаху).
Ударні хвилі в твердих тілах (наприклад, викликані ядерним або звичайним вибухом у скельній породі, ударом метеорита або кумулятивним струменем) при тих же швидкостях мають значно більший тиск і температуру. Тверда речовина за фронтом ударної хвилі поводиться як ідеальна рідина, що стискається, тобто в ньому ніби відсутні міжмолекулярні і міжатомні зв'язки, і міцність речовини не надає на хвилю ніякого впливу. У разі наземного та підземного ядерного вибуху ударна хвиля в ґрунті не може розглядатися як вражаючий фактор, оскільки вона швидко згасає; радіус її поширення невеликий і буде цілком у межах розмірів вибухової воронки, всередині якої і так досягається повна поразка міцних підземних цілей.
Детонація
Детонація- це режим горіння, в якому по речовині поширюється ударна хвиля, що ініціює хімічні реакції горіння, у свою чергу, що підтримують рух ударної хвилі за рахунок тепла, що виділяється в екзотермічних реакціях. Комплекс, що складається з ударної хвилі та зони екзотермічних хімічних реакційза нею, поширюється по речовині з надзвуковою швидкістю і називається детонаційною хвилею. Фронт детонаційної хвилі – це поверхня гідродинамічного нормального розриву.
Швидкість поширення фронту детонаційної хвилі щодо вихідної нерухомої речовини називається швидкістю детонації. Швидкість детонації залежить тільки від складу і стану речовини, що детонує, і може досягати декількох кілометрів в секунду як в газах, так і в конденсованих системах (рідких або твердих вибухових речовинах). Швидкість детонації значно перевищує швидкість повільного горіння, яка завжди істотно менша за швидкість звуку в речовині і не перевищує десятків сантиметрів в секунду або декількох метрів в секунду (при горінні водень-кисневих сумішей).
Багато речовин здатні як до повільного горіння, і до детонації. У таких речовинах поширення детонації її необхідно ініціювати зовнішнім впливом (механічним чи тепловим). У певних умовах повільне горіння може спонтанно переходити в детонацію.
Детонацію як фізико-хімічне явище не слід ототожнювати з вибухом.
Вибух – це процес, у якому за короткий час в обмеженому обсязі виділяється велика кількістьенергії та утворюються газоподібні продукти вибуху, здатні здійснити значну механічну роботу або викликати руйнування у місці вибуху. Вибух може мати місце і при займанні та швидкому згоранні газових сумішей або вибухових речовин в обмеженому просторі, хоча при цьому детонаційна хвиля не утворюється. Так, швидке (вибухове) згоряння пороху в стволі артилерійської зброї в процесі пострілу не є детонацією. Стук, що виникає у двигунах внутрішнього згорянняпри вибуховому згорянні палива також називають детонацією.
Ударна хвиля. Джерела утворення ударної хвилі.
Ударна хвиля-це область стиснення середовища, яка у вигляді сферичного шару поширюється з надзвуковою швидкістю на всі боки від джерела її утворення. Залежно від того, в якому середовищі поширюється ударна хвиля (у повітрі, воді чи ґрунті), вона відповідно називається повітряною ударною хвилею, ударною хвилею у воді, сейсмовибуховою хвилею в ґрунті.
Розрізняють ударну хвилю природного та антропогенного походження. До природнимхвиль відносяться ударні хвилі, що викликаються виверженням вулканів, землетрусами, ураганами, смерчами, падінням метеоритів і т.д. До антропогеннимвідносяться ударні хвилі, які виникають в результаті вибухів ядерних пристроїв, хімічних вибухів, вибухів на об'єктах атомної енергетики, вибухів на підприємствах нафтопереробної та нафтохімічної промисловості, вибухів речовин при їх перевезенні на транспорті, вибухів газоповітряних сумішей або сумішей горючих рідин та газів з повітрям. На даний момент широко вивчено дію ударної хвилі під час вибуху ядерних пристроїв. У цьому випадку проявляються усі сторони вражаючої дії ударної хвилі та спостерігаються всі її основні параметри.
Ударна хвиля є основним вражаючим чинником вибухів ядерних пристроїв (ядерних вибухів). Більшість руйнувань та пошкоджень будівель та споруд, обладнання промислових об'єктів, а також поразка людей, як правило, зумовлена дією ударної хвилі.
Поряд з ударними хвилями іншими вражаючими факторами вибуху ядерних пристроїв є світлове випромінювання, проникаюча радіація, радіоактивне зараження, електромагнітний імпульс. Розподіл енергії між вражаючими факторами залежить від виду вибуху та умов, у яких він відбувається. При наземному та повітряному вибухудо 50% витрачається освіту надлишкового тиску ударної хвилі, близько 30% на світлове випромінювання, до 15% на радіоактивне зараження і близько 5% на проникаючу радіацію.
Характер поширення ударної хвилі в повітрі, воді та ґрунті. Основні параметри ударної хвилі.
Повітряна ударна хвиля утворюється за рахунок величезної енергії, що виділяється в зоні ядерної реакції, де температура досягає 10000С, а тиск - 105-106 Па.
Розпечені пари та гази розширюються, виробляючи тим самим різкий удар по навколишніх шарах повітря, внаслідок чого відбувається стиск цих повітряних шарів до високого тиску та великої щільності, а також нагрівання до високих температур. Стиснення і переміщення повітря походить від одного шару до іншого на всі боки від місця вибуху, утворюючи тим самим ударну хвилю. Розширення розпечених газів діє невеликих відстанях від центру вибуху. На більш значних відстанях діє повітряна ударна хвиля (переважно). Біля центру вибуху швидкість ударної хвилі значно перевищує швидкість звукових хвиль. Зі збільшенням відстані від центру вибуху швидкість ударної хвилі швидко зменшується, а дія самої ударної хвилі швидко слабшає. На великих відстанях вона зазвичай переходить у звукову хвилю. Повітряна ударна хвиля під час вибухів середньої потужності проходить приблизно 1000 м за 1.4с, 2000 м за 4с, 3000м за 7с і 5000 м за 12с.
|
На графіку показаний характер зміни тиску з часом у будь-якій фіксованій точці простору. З приходом у? точку фронту ударної хвилі тиск повітря різко зростає, також різко зростає щільність повітря, температура і швидкість довкілля. Після того, як фронт ударної хвилі пройде дану точку простору, тиск у ній поступово знижується і через деякий проміжок часу стає рівним атмосферному. Р 0 . Шар стисненого повітря, що утворився фазою стиснення(τ+ ) , в цей період часу ударна хвиля має найбільшу руйнівну дію. У міру віддалення від центру вибуху тиск у фронті ударної хвилі зменшується, а товщина шару стиснення з часом зростає. |
Остання відбувається за рахунок залучення нових мас повітря. Далі тиск стає нижчим за атмосферний, повітря починає рухатися в напрямку, протилежному поширенню ударної хвилі, тобто до центру вибуху. Ця зона зниженого тиску називається фазою розрядження ( τ- ). У фазі розрядженняударна хвиля робить набагато менше руйнування, ніж у фазі стиснення, оскільки максимальний негативний тиск -ΔРзначно менше максимального надлишкового тиску у фронті ударної хвилі. Після закінчення періоду дії фази руйнування, коли тиск досягає атмосферного значення, припиняється рух фаз повітря, і отже, руйнуючого впливу ударної хвилі. Безпосередньо за фронтом ударної хвилі у сфері стиснення рухаються маси повітря.
Внаслідок гальмування цих мас повітря при зустрічі з перешкодою виникає тиск швидкісного тиску. Основними параметрами ударної хвилі, що визначають її вражаючу дію, є
надлишковий тиск у фронті ΔР Ф ,
швидкісний натиск ΔР ск ,
час дії Т ув .
Надлишковий тиску фронті ударної хвилі це різниця між максимальним тиском у фронті ударної хвилі та нормальним атмосферним тиском перед фронтом.
ΔР Ф =Р Ф -Р 0
Одиницею виміру надлишкового тиску у системі Сі є Па. Значення надлишкового тиску в будь-якій точці залежить від відстані до центру вибуху, потужності та виду вибуху.
Швидкісний натиск-Це динамічні навантаження, створювані потоком повітря у фронті ударної хвилі. Як і надлишковий тиск, вимірюється Па. Швидкісний тиск залежить від щільності повітря, швидкості руху повітряних мас і пов'язаний з надлишковим тиском. Руйнівна дія швидкісного напору позначається в областях із надлишковим тиском > 50 кПа.
Час дії УВ – це час дії надлишкового тиску. Залежить, головним чином, від надлишкового тиску та швидкості повітря.
Вибухова хвиля породжений вибухом рух середовища. Під впливом високого тиску газів, що утворилися під час вибуху, спочатку незбурене середовище відчуває різке стиснення і набуває великої швидкості. Стан руху передається від одного шару середовища до іншого так, що область, охоплена Ст ст, швидко розширюється. На фронті області, що розширюється, середовище стрибком переходить з вихідного незбуреного стану в стан руху з більш високими тиском, щільністю і температурою. Зміна стану середовища, що відбувається стрибком - Ударна хвиля -
поширюється із надзвуковою швидкістю. Ст ст. характеризується зміною тиску, щільності та швидкості середовища з плином часу у різних точках простору або розподілом цих величин у просторі у фіксовані моменти часу. Одним з важливих параметрів, що визначають механічну дію Ст ст, служить максимальний тиск, що створюється хвилею. При вибухах у газоподібних та рідких середовищах максимальний тиск досягається в момент стиснення середовища в ударній хвилі. Др. важливим параметром є інтервал часу дії Ст ст. У міру віддалення від місця вибуху максимальний тиск зменшується, а час дії збільшується ( Мал. 1
). При поширенні Ст ст. у твердих середовищах ударний фронт порівняно швидко зникає, і Ст ст. перетворюється на ряд послідовних швидко згасаючих коливань, що поширюються зі швидкістю пружних хвиль. Ст ст. мають властивість подібності. Відповідно до цієї властивості при вибухах зарядів хімічної вибухової речовини однакової форми, але різної маси, відстані, на яких максимальний тиск у Ст ст. має те саме значення, ставляться між собою як кубічні коріння з мас зарядів. У тому ж відношенні змінюється інтервал часу дії Ст ст. Наприклад, якщо збільшити відстані та інтервал часу, наведені на Мал. 1
, в 10 разів, то така Ст ст. буде відповідати вибуху вже не 1 кг,а 1 ттринітротолуолу (тротилу). Ст ст. має тенденцію до швидкої втрати особливостей, зумовлених природою вибуху, отже її подальше рух переважно визначається лише величиною енергії, переданої довкіллю. Завдяки цій обставині Ст ст, породжені в одному і тому ж середовищі вибухами різного типу, в основних рисах виявляються подібними, що дозволяє ввести для характеристики вибухів так званий Тротиловий еквівалент. Поширюється Ст ст. витрачає на нагрівання середовища поблизу осередку вибуху значну частину своєї механічної енергії. Наприклад, на відстані 10 кмповітряна Ст ст, породжена вибухом 1000 тхімічної вибухової речовини, містить приблизно 10% початкової енергії вибуху, а при ядерному вибуху тієї ж енергії - вдвічі менше (через великі втрати на нагрівання повітря). Максимальне підвищення тиску у хвилі для зазначених значень відстані та енергії вибуху вимірюється сотнями н/м 2 (тисячними частками кгс/см 2). На великих відстанях Ст ст. є звукову хвилю (або пружну хвилю в твердому середовищі). Звукові хвилі в атмосфері (або пружні хвилі в земної кори), породжені вибухами досить великої енергії, можуть бути зареєстровані спеціальними приладами (мікробарографами, сейсмографами та ін) на дуже великих відстанях. Наприклад, під час вибухів з енергією порядку 10 13 дж(декілька тисяч ттринітротолуолу) хвилі реєструються на відстанях кількох тисяч км,а при енергіях вибухів Вибухова хвиля 10 16 дж(кілька мільйонів. т) - практично у будь-якій точці земної кулі. На таких великих відстанях Ст ст. являє собою довгу послідовність коливань атмосферного тиску (або коливань ґрунту – при підземних вибухах) дуже низької частоти ( Мал. 2
). Літ.:Розрахунок точкового вибуху з урахуванням протитиску, М., 1957; Сєдов Л. І., Методи подібності та розмірності в механіці, 4 видавництва, М., 1957; Ляхов Р. М., Покровський Р. І., Вибухові хвилі в ґрунтах, М., 1962; Губкін До. Є., Поширення вибухових хвиль, в сб.: Механіка СРСР за 50 років, т. 2, М., 1970. К. Є. Губкін. Зміна тиску з часом у повітряній вибуховій хвилі на відстані 1 м, 2,7 мта 11 мвід центру вибуху сферичного заряду тринітротолуолу масою 1 кг. Запис коливань атмосферного тиску повітряної хвилі з відривом 11 500 км від місця вибуху з енергією 1016 дж. Хвиля пробігає таку відстань приблизно за 10 год.
Велика радянська енциклопедія. - М: Радянська енциклопедія. 1969-1978 .
Дивитись що таке "Вибухова хвиля" в інших словниках:
Породжений вибухом рух середовища. Під впливом високого тиску газів, що утворилися під час вибуху, навколишнє вогнище вибуху середовище відчуває стиск і набуває великої швидкості. Рух передається від одного шару до іншого, тому область … Фізична енциклопедія
Сучасна енциклопедія
Вибухова хвиля- Вибухова хвиля, що виникає в результаті вибуху рух середовища. Стрибкоподібна зміна стану речовини на фронті вибухової хвилі поширюється з надзвуковою швидкістю (див. Ударна хвиля). Поверхня фронту вибухової хвилі безперервно. Ілюстрований енциклопедичний словник
- (a. blast wave, blast air, explosive wave; н. Explosionswelle; ф. onde explosive; і. onda explosiva) процес короткочасного порушення рівноважного стану середовища (газоподібного, рідкого або твердого), що поширюється з вибухового… Геологічна енциклопедія
Ударна хвиля, що виникає під час вибуху. Фронт вибухової хвилі рухається від центру вибуху зі швидкістю, що перевищує швидкість звуку, при цьому поверхня фронту вибухової хвилі монотонно збільшується, а швидкість її руху та інтенсивність зменшуються. Великий Енциклопедичний словник
Породжений вибухом рух середовища, при якому відбувається різке підвищення його щільності, тиску та температури. Зміна стану середовища, що відбувається стрибком, ударна хвиля поширюється з надзвуковою швидкістю. На великих відстанях… … Морський словник
Вибухова хвиля- Що породжується вибухом область сильного стиснення середовища (газоподібної, рідкої або твердої), що швидко поширюється на всі боки від місця вибуху. Імпульс від одного шару до ін. передається за рахунок ударного стиску, що викликає в середовищі стрибок ущільнення. Російська енциклопедія з охорони праці
ВИБУХОВА ХВИЛЯ- (Ударна хвиля) пружна деформація середовища, в якому відбувся (див.) Ст ст. є область сильного стиснення середовища (повітря, води, землі), що поширюється від місця вибуху з надзвуковою швидкістю. Утворюється в результаті розширення. Велика політехнічна енциклопедія
Область стисненого продуктами вибуху середовища, що поширюється від місця вибуху з надзвуковою швидкістю. На зовнішній межі цієї області, що є фронтом ударної хвилі, середа стрибком перетворюється на стан руху з вищими… Словник надзвичайних ситуацій
вибухова хвиля- — Тематика нафтогазова промисловість EN detonation waveexplosion waveblast wave … Довідник технічного перекладача
Ударна хвиля, що виникає під час вибуху. Фронт вибухової хвилі рухається від центру вибуху зі швидкістю, що перевищує швидкість звуку, при цьому поверхня фронту вибухової хвилі монотонно збільшується, а швидкість її руху та інтенсивність зменшуються. *… … Енциклопедичний словник
Книги
- Кримінальні війни РУОП, П. Дашкова, А. Молчанов, С. Устинов, Б. Руденко, А. Волос, А. Сергєєв, Хто найсерйозніший противник РУОП? Як розробляються операції з впровадження в організовані злочинні угруповання? Якою є специфіка роботи для справжніх чоловіків? Хто такі бійці в масках? Категорія: Вітчизняний чоловічий детективВидавець:
УДАРНА ХВИЛЯ- Поверхня, що рухається по речовині розриву безперервності швидкості течії, тиску, та ін величин. У. в. виникають під час вибухів, детонації, при надзвукових рухах тіл (див. Надзвуковий перебіг), при потужних електрич. розрядах і т.д. приповітряному вибуху вибухових речовин (BB) утворюються високонагріті продукти, що під великим тиском. Продукти вибуху під впливом тиску розширюються, рухаючись і стискаючи спочатку найближчі, та був дедалі більш далекі шари повітря. Поверхня, яка відокремлює стиснене повітря від незбурненого, являє собою У. ст.
Найпростіший приклад виникнення та розповсюдження У. в.- стиск газу в трубі поршнем. Якщо поршень, що спочатку покоївся, миттєво приходить в рух з пост. швидкістю і, то відразу перед ним виникає У. в. Швидкість її поширення Dпо незбуреному газу постійна і більше і. Тому відстань між поршнем і У. в. збільшується пропорц. часу руху. Швидкість газу за У. в. збігається зі швидкістю поршня (рис. 1). Якщо поршень розганяється до швидкості іпоступово, то У. в. утворюється не відразу. Спочатку виникає хвиля стиску з безперервним розподілом щільності та тиску. З часом крутість хвилі стиснення наростає, тому що обурення від пришвидшується поршня наздоганяють її і посилюють, приводячи в результаті до розриву безперервності всіх гідродинамічних. величин і освіти У. в. (Див. базова динаміка).
Мал. 1. Розподіл щільності r у послідовні моменти часу t = 0, t 1 , t 2 в ударній хвилі, збудженняної поршнем, що рухається з постійною швидкістю та
(D-Швидкість ударної хвилі; D>u)
.
Існують п ря мі У. в., в які речовина втікає по нормалі до поверхні, і досі У. в. Останні виникають, напр., при надзвуковому русі тіл - ракет, що спускаються косміч. апаратів, снарядів та ін, коли перед тілом рухається У. ст. Геометрія У. в. залежить від форми тіла та інших параметрів. Тому в системі координат, де У. в. відпочиває, газ втікає в кожен елемент її поверхні під своїм кутом. Якщо цей кут не прямий, то елемент поверхні являє собою косу У. в. На косій У. в. зазнає розриву нормальна складова швидкості речовини, але тангенціальна складова безперервна. Отже, на косій У. в. лінії струму заломлюються (про косих У. ст див. Ущільнення стрибок).Шляхом переходу до нової системи координат, що рухається паралельно поверхні розриву, косу У. в. завжди можна звести до прямої. Тому першорядний інтерес становлять прямі У. в., і далі йдеться лише про них.
Закони ударного стиску. Стан речовини по обидва боки У. в.: тиск р, Щільність r, швидкість течії щодо У. в. u та уд. внутр. енергія eпов'язані т.з. сотно ш е н і я м і Р е н к і н а - Г ю г о н о:
які виражають закони збереження маси, імпульсу і енергії. Індекси 1 і 2 відносяться відповідно до величин перед У. в. та за нею. Крім того, величини Е, рпов'язані рівнянням стану. Швидкість поширення У. в. за незбуреною речовиною дорівнює Т. о., при заданих параметрах речовини перед хвилею Р 1 і шість величин: пов'язані п'ятьма ур-нями, тобто У. в. при заданих р 1 і r 1 характеризується лише одним незалежним параметром, напр. Dабо р 2 , через який можуть бути виражені всі інші величини.
Інтенсивність У. в. зазвичай характеризують відносним стрибком тиску або Маха числомде a 1 - у речовині перед У. в. Для У. в. малої та великої інтенсивності відповідно Якщо
З системи (1) виходять наступні вирази для швидкості течії іщодо речовини перед У. в. (швидкість газу в лаб. системі координат на рис. 1):
(де-уд. Обсяг), а також співвідношення
Мал. 8. Розподілу відносної щільностііонів n = N/N 0 , ступеня іонізації a, безрозмірних електронної та іонної температур q e = kT e /MAD 2, q i = kT i /MAD 2
(M А- маса атома) в ударній хвилі в повітрі при D = 58
км/с; щільність атомів перед ударною хвилею r 1 =3,5. 10 15
см -3.
Вимірювання яскравості У. в. дозволяє судити про темп-ре T 2 . При T 2 10000 До прогрітий шар повітря частково екранує видиме випромінювання газу, що йде через У. ст., яке в холодному повітрі поширювалося б практично без поглинання. Ефект екранування не дозволяє реєструвати дуже високі значення T 2 . У повітрі нормальної щільності яскрава темп-pa ніколи не перевищує 50000 К, як би велика не була темп-pa T 2 .
Експериментальні (в осн. в дослідах з ударними трубами) та теоретич. дослідження випромінювання У. в. мають велике практич. значення у зв'язку з проблемами захисту надзвукових літальних апаратів від радіації. перегріву, створення потужних імпульсних джерел ел-магн. випромінювання та ін.
Магнітогідродинамічні У. в. поширюються в електропровідному (іонізованому) газі в присутності зовніш. магн. поля. Їхня теорія будується на основі ур-ній магнітної гідродинаміки. Співвідношення типу (1) з урахуванням магн. сил доповнюються умовами, яким підпорядковуються електрич. та магн. поля на межі двох середовищ. магніт. ефекти виявляються тим сильнішечим більше відношення магн. тиску H 2 / 8p до тиску газу, де H-Напруженість магн. поля. Завдяки доповнить. параметрам і змінним, що характеризує величину та напрямок магн. поля з обох боків розриву, магнітогідродинаміч. У. в. відрізняються великою різноманітністю властивостей порівняно із звичайними У. в.
Беззіткувальні У. в. У надзвичайно розрідженій плазмі (лабораторній, космічній), де частки практично не стикаються між собою, також можливі У. в. У цьому ширина У. в. виявляється набагато менше довжин пробігу частинок. Механізм дисипації, що призводить до перетворення частини кінетич. енергії спрямованого руху незбуреного газу (у системі координат, що рухається разом з У. ст) в енергію теплового руху, пов'язаний з колективними взаємодіями в плазмі та збудженням плазмових коливань. У присутності магн. поля в беззіткувальних ударних хвиляхістотні також ефекти закручування іонів та індукування електрич. полів при витісненні магн. поля плазмою, що рухається. Масштабом ширини беззіткувальних У. в. служить величина с/ w р, де з- швидкість світла, w p
= =(4
p е 2 п е /т) 1/2 - плазмова частота.
У. в. у газівах. При поширенні У. в. газу з малою об'ємною концентрацією пилу в СУ прискорюється, стискається і нагрівається тільки газова компонента, т. к. макроскопич. частинки пилу дуже рідко стикаються між собою, а при взаємодії з газом їх швидкість і темп-pa змінюються порівняно повільно, і за СУ релаксац. зоні відбувається поступове вирівнювання швидкостей течії та темп-р компонент. При цьому відносна масова концентрація пилу проходить через максимум, тому що в СУ вона була знижена, а в середньому по всьому об'єму має бути такою самою, як перед У. в. Часто пил буває горючим (у вугільних шахтах, млинах, елеваторах і т. д.). Вивчення умов займання пилу в У. ст. з можливим переходом горіння в детонацію – одна з важливих наукових та прикладних проблем.
У. в. у конденсованих середовищах. У конденсованих середовищах (твердих тілах і рідинах) в У. ст, одержуваних, в лаб. умовах, досягнемо надзвичайно широкий діапазон тисків. При детонації конденсованих ВВ виникають і потім переходять в контактуючу з ВВ досліджувану речовину - тверде тіло або рідину - У. в. з тиском до дек. сотень кбар. За допомогою кумулятивних набоїв досягаються тиску порядку мегабар. Для отримання У. в. Дуже великий інтенсивності застосовуються також спец. газові та ін гармати, якими розганяються снаряди-пластини, що ударяють потім по перешкоді з досліджуваної речовини. Завдяки розробленим у 1940-50-х роках. методів отримання та діагностики У. в. стали могутнім і багато в чому незамінним засобом Експерим. дослідження фіз-хім. та ін властивостей речовин в екстремальних умовах. Особливо широко У. в. використовуються визначення ур-ний стану твердих тіл і рідин при високих тисках і темп-pax, недосяжних в статич. експериментах. Вимірявши дві швидкості- Dі і, можна обчислити p 2 та u 2
за ф-лам
які йдуть з (2), і знайти потім e 2 із (3). (Швидкість івимірюється ел-магн. методом або т.з. методом откола- шляхом вимірювання швидкості пластини, що відколюється, що утворюється при виході У. в. на вільну поверхню досліджуваного зразка.) Зробивши вимірювання та розрахунки при разл. інтенсивності У. в., знаходять залежність р 2і e 2 від u 2
на УА. Іноді замість або додатково до швидкості івимірюють тиск (п'єзодатчиком), щільність (рентген) або температуру (у прозорих речовинах). (Щодо конденс. середовищ такі вимірювання менш універсальні і зазвичай технічно складніші.) У табл. 2 наведені дані для УA свинцю:
, 
.
Табл. 2.
* Значення T 2 обчислені за ур-ня стану.
УА рідин і (з точністю до порівняно малих відхилень, пов'язаних зі зміною характеру деформації при переході через межу пружності) твердих тіл при малих ступенях стиснення, 
, мало відрізняються від ізоентропи і зазвичай добре апроксимуються ф-лой
де Аі n-Параметри, що визначаються при апроксимації. наприклад, для води А 3000 атм, n 7-8, для металів n 4, для заліза, міді та дюралюмінію значення Авідповідно дорівнюють 500, 250 і 200 кбар. Більш інформативні дані про ур-нях стану виходять у тих випадках, коли для однієї і тієї ж речовини вдається виміряти не одну, а дві або дек. УА. Для цього необхідно змінювати параметри поч. стан речовини. Це досягається: а) шляхом відображення У. в. від твердої перешкоди. Відбита У. в. поширюється по речовині, стиснутій і нагрітій в падаючій У. ст.; б) шляхом спец. приготування речовини у сильно пористому стані. Напр., природним пористим станом води чи льоду є пухкий сніг. При ударнохвильовому стисканні до одного і того ж уд. об'єму пориста речовина завжди нагрівається сильніше і тиск у ньому зазвичай більше. Оскільки ур-ня стану визначає зв'язок між e, pі Vна площині р, V, Не тільки на отд. лініях, таким емпірич. способом отримати ур-ня стану не можна. Але можна знайти або суттєво уточнити "парамстри аналітич. ур-нія стану, отриманого до--л. ін. наближеним способом. Це особливо важливо, оскільки теорія ур-ний стану конденсир. середовищ базується на вельми наближених моделях і її можливості кількісних. передбачень обмежені таким напівемпіричним шляхом знайдені ур-нія стану MH елементів і сполук - металів, сплавів, мінералів, гірських порід, полімерів, води та ін рідин.Дані про ур-ні стану елементів, мінералів і гірських порід, отримані в дослідах з У. в., знайшли широке застосування в науці про Землю та ін планети Сонячна системаі дозволили перейти до вивчення внутр. будови планет та їх супутників на якісно новий щабель.
Ширина СУ в У. в. великий інтенсивності в конденсації. середовищах приблизно 1000 разів менше, ніж у газах нормальної щільності. Так само сильно скорочується зона коле-бат. релаксації в молекулярних рідинах і кристалах при однаковій температурі T 2 . Плавлення відбувається настільки швидко, що у структурі У. в. дуже рідко вдається спостерігати тверде тіло у метастабільному, перегрітому стані. Швидкість поліморфних перетворень змінюється у надзвичайно широких межах залежно від механізму перебудови кристаліч. грати та від інтенсивності У. в. Якщо нова кристаліч. модифікація може бути отримана шляхом упорядкованого малого зміщення атомів, обумовленого об'ємною і зсувною деформацією вихідної решітки (механізм т.з. 10 -8 або менше. Необхідна ступінь перестискання залежить від кількості і розподілу дефектів вихідної грати (початкових і що виникають у процесі ударнохвильового стискування) і зажадав від концентрації нової фази. Тому діапазон тисків, в якому співіснують обидві кристаллич. модифікації, зазвичай, великий у порівнянні з термодинамічно рівноважним. Швидка перебудова решітки спостерігається, напр., в залізі та галогенідах калію. Якщо для побудови нової кристалічної. грати необхідні складні перестановки атомів, здійсненні шляхом термодифузії з подоланням великих активацій. бар'єрів від дек. еВ до десятків еВ, нова кристаліч. модифікація або не утворюється зовсім (аж до таких інтенсивностей У. в., при яких брало область її термодинамічні стійкості закінчується і утворюється ін кристаллич. фаза вищого тиску або речовина плавиться), або утворення нової кристаллич. модифікації відбувається шляхом термодифузії в місцях сильного неоднорідного розігріву вихідних ґрат при пластич. течії (т. зв. гетерогенний механізм фазового переходу). При цьому решта маси речовини знаходиться в метастабільному стані. Напр., при поширенні У. в. за кварцитом не спостерігається утворення більш щільної фази високого тиску - коесита, а перехід в ще більш щільну модифікацію - стишовіт (або стишовітоподібну аморфну фазу) триває аж до тисків ~400-450 кбар, тоді як термодинамічний. рівноважних умовах освіта стиховіта в У. в. починалося і закінчувалося б відносно вузькому інтервалі тисків в околиці точки з тиском ~ 100 кбар. Кварцит, що не зазнав фазового перетворення, втрачає стійкість і аморфізується при тисках 230-300 кбар.
Ті, що утворилися в У. ст. кристаліч. і аморфні структури нерідко зберігаються як завгодно довго в метастабільних станах після зняття тиску. Вихідна речовина також може бути в метастабільному стані. Таке різноманіття можливостей використовується для отримання в У. ст. відомих та нових модифікацій речовин із заданими, часто унікальними фізико-хім. та механіч. напр. техн. алмазу і високотвердої модифікації нітриду бору-боразону. Унікальність властивостей метастабільних речовин, одержуваних в У. ст, обумовлена тим, що вплив У. в. на конденс. речовина не еквівалентна повільному стиску та нагріванню. Важлива кінетика процесів у У. в. і при подальшому розвантаженні.
У. в. використовуються в наукоємних технол. процесах зміцнення машинобудівних деталей, різання та зварювання металів, пресування порошків та ін.
Літ.: 1) Ландау Л. Д., Ліфшиц E. M., Гідродинаміка, 4 видавництва, M., 1988; 2) Зельдович Я. Би., Райзер Ю. П., Фізика ударних хвиль і високотемпературних гідродинамічних явищ, 2 видавництва, M., 1966; 3) Кузнєцов H. M., Термодинамічні функції та ударні адіабати повітря при високих температурах, M., 1965; 4) Ступоченко E. Ст, Лосєв С. А., Осипов А. І., Релаксаційні процеси в ударних хвилях, M., 1965; 5) Be-ликовичА. Л., Ліберман M. А., Фізика ударних хвиль у газах та плазмі, M., 1987; 6) Арцимович Л. А., Сагдєєв P. 3., Фізика плазми для фізиків, M, 1979; 7) Ландау Л. Д., Ліфшиц E. M., Електродинаміка суцільних середовищ, 2 видавництва, M., 1982; 8) Кузнєцов H. M., Стійкість ударних хвиль, "УФН", 1989, т. 159, ст. 3, с. 493; 9) Альтшулер Л. Ст, Застосування ударних хвиль у фізиці високих тисків, "УФН", 1965, т. 85, ст. 2, с. 197; 10) Динамічні дослідження твердих тілпри високих тисках, Сб., пров. з англ., M., 1965; 11) Аврорін E. H. [та ін], Потужні ударні хвилі та екстремальні стани речовини, "УФН", 1993, т. 163, № 5, с. 1.
H. M. Кузнєцов, Ю. П. Райзер.
