Что создает грибовидное облако при взрыве атомной бомбы?

Массивные грибовидные облака являются основным элементом ядерных взрывов, но основная физика на самом деле применима ко всем жидкостям.

| 08 января 2020 г., 12:26 по восточному поясному времени
Созданный: 08 января 2020 г., 12:26 по восточному поясному времени

Представление о том, как выглядит ядерный взрыв, скорее всего, закрепилось в вашей памяти. Будь то просмотр документальных фильмов и фильмов, изображающих взрыв, или просмотр изображений в поп-культуре, взрыв, по характеру и размеру ядерный взрыв, не то, что легко забыть.

Смотрите также

Возможно, наиболее заметным аспектом этих взрывов являются большие грибовидные облака, которые они создают. Большинство бомб создают похожие облака, но не совсем такие, как после ядерного взрыва.

Так что же заставляет эти облака формироваться?

Короче говоря, это потому, что бомба внезапно высвобождает большое количество энергии. Эта энергия создает очень горячий пузырь газа, который взаимодействует с более холодным окружающим воздухом, делая его менее плотным. В случае ядерного взрыва бомба испускает рентгеновские лучи, которые ионизируют и нагревают окружающий воздух; этот горячий пузырь газа известен как огненный шар.

Горячий огненный шар поднимается очень быстро, создавая мощный восходящий поток, который затем наполняется окружающим воздухом и пылью. Это то, что создает облако.

Однако это был быстрый ответ, чтобы понять его дальше, нам нужно погрузиться немного глубже.

Что такое грибовидные облака?

Чтобы понять, почему ядерные взрывы создают грибовидные облака, нам сначала нужно определить, что это за облака.

Грибовидные облака — это облака дыма и обломков, которые движутся по воздуху после взрыва. Эти типы облаков образуются не только после ядерных взрывов, но и после любого события, которое очень быстро выделяет тепло.Примером этого может быть извержение обычной бомбы или даже вулкана.

Почему ядерные взрывы вызывают большие грибовидные облака?

На данный момент ответ может показаться простым, учитывая, что мы уже рассмотрели его в этой статье, но это еще не все.

Конечно, мощный ядерный взрыв вызывает внезапное выделение тепла, вступая в реакцию с окружающим воздухом, делая этот воздух менее плотным – как мы уже обсуждали.

Самый популярный

Взаимодействие между двумя материалами (жидкостями или газами) различной плотности, когда они сталкиваются друг с другом, известно как неустойчивость Рэлея-Тейлора.

Этот принцип в первую очередь характеризует движение двух жидкостей с различной плотностью. Жидкости с различной плотностью по-разному воздействуют на любую заданную силу в зависимости от их различных свойств. Проще говоря, нестабильность RT возникает, когда тяжелая жидкость поддерживается более легкой. Жидкости будут стремиться к равновесию, в результате чего менее плотная жидкость будет пробиваться через более плотную жидкость.

В случае взрывов, когда менее плотный горячий воздух находится в центре, это «простреливание» менее плотного горячего воздуха через более плотный и холодный окружающий воздух происходит в централизованной точке. Взаимодействие этих газов вызывает форму гриба.

Следует отметить, что это взаимодействие присутствует во всех жидкостях, где менее плотная жидкость поддерживает более тяжелую, скажем, например, взаимодействие масла и воды в чашке. В случае ядерных взрывов взаимодействие будет продолжаться без присутствия дыма или осколков. Дым и обломки — это то, что позволяет нам легче наблюдать за образованием грибовидного облака.

Менее плотный горячий воздух поднимется от первоначального огненного шара и создаст вакуум на своем пути. Это приводит к тому, что более плотный холодный воздух всасывается внутрь по мере того, как огненный шар продолжает подниматься.

Поднимающийся горячий воздух встречает сопротивление более плотного холодного воздуха, который действует как сопротивление его восходящему движению.Именно это сопротивление сплющивает поднимающееся облако, превращая его в грибовидную форму.

Края облака, кажется, постоянно скручиваются. Это происходит из-за движения жидкости, в результате этого сопротивления. Воздух на поверхности огненного шара медленно оттягивается назад только для того, чтобы перевернуться и снова втянуться обратно в нижнюю часть огненного шара.

Весь этот процесс продолжается до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие. Огненный шар перестанет подниматься только до тех пор, пока не достигнет точки, где окружающий воздух имеет такую ​​же плотность. В случае ядерных взрывов это довольно много в атмосфере, обычно в озоновом слое.

Согласно статье в Научный американец, «Все атомные бомбы образуют выпуклость и стержень, но действительно огромные грибовидные облака образуются в результате очень мощных взрывов термоядерного оружия (водородных бомб). Огненный шар водородной бомбы поднимается так высоко, что попадает в тропопауза, граница между тропосферой и стратосферой. В тропопаузе существует сильный температурный градиент, который препятствует сильному смешиванию двух слоев атмосферы. Горячий пузырь огненного шара первоначально расширяется и поднимается. К тому времени, когда пузырь Поднявшись от уровня моря до тропопаузы, он уже недостаточно горяч, чтобы прорваться через границу… В этот момент огненный шар сплющивается, он больше не может расширяться вверх, поэтому он расширяется в сторону, превращаясь в преувеличенную шляпку гриба».

Насколько велики ядерные грибовидные облака?

Теперь мы все можем представить себе, как выглядит ядерный взрыв, но гораздо труднее понять масштаб взрыва. Поскольку маловероятно, что мы когда-либо видели ядерный взрыв вживую, масштаб может быть трудно понять.

Как правило, грибовидные облака могут подниматься на десятки тысяч футов за считанные минуты. Для справки, большинство пассажирских самолетов курсируют со скоростью около 33,000 ноги, или 10,000 метров.

Оглядываясь на исторический взрыв, давайте посмотрим, что произошло после ядерного взрыва в Хиросиме в 1945. За первые 10 минут грибовидное облако выросло более чем до 60,000 футов или примерно 20,000 метров.

Однако это не дает нам полной картины. Пока было более 20,000 метров в высоту за первые 10 минут, в течение первых 30 секунд облако поднялось над крейсерской высотой Enola Gay, самолета, сбросившего бомбу. Это означает, что облако поднялось 10,000 метров за 30 секунд. В среднем это означает, что облако расширилось вверх на 333 м/с сначала, а затем замедлился рост всего на 100 м/с в среднем через 10 минут.

В конце концов, грибовидные облака характерны не только для ядерных взрывов, но и для неустойчивости Рэлея-Тейлора в жидкостях — принципа, который мы наблюдаем в действии каждый день.

ПОКАЗАТЬ КОММЕНТАРИЙ ( 1 )
Для тебя

Будут ли российско-китайские планы по строительству лунной базы конкурентом программе НАСА «Артемида»?