Физика

Какво създава гъбения облак, когато атомна бомба се взриви?

Какво създава гъбения облак, когато атомна бомба се взриви?

Идеята как изглежда ядрената експлозия вероятно е закрепена в паметта ви. Или от гледането на документални филми и филми, изобразяващи експлозия, или от гледането на изображенията в поп културата, експлозията на естеството и размера на ядрената детонация не е нещо, което лесно се забравя.

Може би най-забележимият аспект на тези експлозии е големите гъбни облаци, които те създават. Повечето бомби създават подобни облаци, но не съвсем като тези, наблюдавани след ядрена детонация.

И така, какво кара тези облаци да се образуват?

Накратко, това е така, защото бомбата изведнъж отделя големи количества енергия. Тази енергия създава много горещ балон от газ, който взаимодейства с по-хладния околен въздух, правейки го по-малко плътен. В случай на ядрена детонация, бомбата излъчва взрив от рентгенови лъчи, които йонизират и загряват околния въздух; този горещ балон от газ е известен като огнена топка.

Горещата огнена топка се издига много бързо, създавайки мощен възходящ поток, който след това се запълва от околния въздух и прах. Това е, което създава облака.

Това обаче беше бързият отговор, за да го разберем по-нататък, трябва да се потопим малко по-дълбоко.

Какво представляват гъбните облаци?

За да разберем защо ядрените експлозии създават гъбни облаци, първо трябва да дефинираме точно какви са тези облаци.

Гъбените облаци са облаци от дим и отломки, които се движат във въздуха след експлозия. Този тип облаци се образуват не само след ядрени експлозии, но и след всяко събитие, което създава топлина много бързо. Пример за това може да бъде изригването на конвенционална бомба или дори вулкан.

Защо ядрените детонации причиняват големи гъбни облаци?

Отговорът може да изглежда прост в този момент, като се има предвид, че по същество вече сме го разглеждали в тази статия, но историята има още нещо.

Разбира се, мощният ядрен взрив причинява внезапно отделяне на топлина, реагирайки с околния въздух, правейки този въздух по-малко плътен - както вече обсъждахме.

Взаимодействието между два материала (течности или газове) с различна плътност, когато те са принудени да се използват заедно, е известно като нестабилност на Rayleigh-Taylor.

Този принцип характеризира преди всичко движението на две течности с различна плътност. Течностите с различна плътност се влияят от дадена сила по различни начини, поради различните им свойства. Обяснено просто, RT нестабилността възниква, когато тежка течност се поддържа от по-лека. Течностите ще се стремят към равновесие, карайки по-малко плътната течност да преминава през по-плътната течност.

В случай на експлозии, при които по-малко плътният горещ въздух е централизиран, това „изстрелване“ на по-малко плътния горещ въздух през по-плътния студен околен въздух се случва в централизирана точка. Взаимодействието на тези газове кара формата на гъбата да се формира.

Едно нещо, което трябва да се отбележи е, че това взаимодействие присъства във всички течности, където по-малко плътната течност поддържа по-тежка, например, взаимодействието на масло и вода в чаша. В случай на ядрени експлозии взаимодействието ще продължи без наличието на дим или отломки. Димът и отломките са просто това, което ни позволява по-лесно да наблюдаваме образуването на гъбен облак.

По-малко плътният горещ въздух ще се издигне от първоначалната огнена топка и ще създаде вакуум след него. Това кара по-плътния студен въздух да се засмуква, тъй като огнената топка продължава да се издига.

Надигащият се горещ въздух среща съпротивление от по-плътния студен въздух, който действа като съпротива на неговото движение нагоре. Именно тази съпротива изравнява изгряващия облак, превръщайки го във форма на гъба.

СВЪРЗАНИ: ЯДРЕНОТО СЛИВАНЕ И КАК МОЖЕ ДА БЪДЕ ПРЕДОТВРАТЕНО

Изглежда, че краищата на облака се извиват постоянно. Това се дължи на движението на течността, в резултат на това съпротивление. Въздухът на повърхността на огнената топка бавно се изтегля назад, само за да се търкаля и да се засмуква отново в дъното на огнената топка.

Целият този процес продължава до постигане на равновесие. Огнената топка ще спре да се издига само докато достигне точка, в която околният въздух е със същата плътност. В случай на ядрени експлозии това е доста високо в атмосферата, обикновено в озоновия слой.

Според статия в Научен американски, "Всички атомни бомби произвеждат издутина и стъбло, но наистина огромните гъбни облаци се произвеждат от експлозиите с много висок добив на термоядрени оръжия (водородни бомби). Огнената топка от Н-бомба се издига толкова високо, че удря тропопауза, границата между тропосферата и стратосферата. В тропопаузата има силен температурен градиент, който пречи на двата слоя на атмосферата да се смесват много. Горещият мехур на огнената топка първоначално се разширява и издига. издигнат от морското равнище до тропопаузата, той вече не е достатъчно горещ, за да пробие границата ... ... В този момент огнената топка се изравнява; вече не може да се разширява нагоре, така че се разширява отстрани в преувеличена гъбна шапка . "

Колко големи са облаците от ядрени гъби?

Сега всички можем да си представим как изглежда ядрената експлозия, но по-трудното е да разберем мащаба на експлозията. Тъй като е малко вероятно да сме виждали лично ядрена експлозия, мащабът може да бъде труден за разбиране.

По принцип облаците гъби могат да се издигнат до десетки хиляди фута за минути. За справка, повечето пътнически самолети обикалят около33,000 крака, или 10,000 метри.

Поглеждайки назад към историческа експлозия, нека да разгледаме какво се е случило след ядрената експлозия в Хирошима през 1945. През първите 10 минути гъбният облак се повиши до повече от60,000 крака, или грубо 20,000 метри.

Това обаче не ни дава цялата картина. Докато беше повече от20,000 метър висок през първите 10 минути, през първите 30 секунди облакът се е издигнал над крейсерската височина на Enola Gay, самолета, който е хвърлил бомбата. Това означава, че облакът се е издигнал 10,000 метра за 30 секунди. Усреднено, това означава, че облакът се е разширил нагоре при 333 m / s първоначално и след това забавено да се покачва само при a 100 m / s средно след 10 минути.

В крайна сметка, гъбните облаци не са специфични за ядрените експлозии, а са специфични за нестабилността на Рейли-Тейлър в течности - принцип, който виждаме в действие около нас всеки ден.


Гледай видеото: Кен Питърс - Видях Голямата скръб от Апокалипсис с бг субтитри (Юни 2021).