Fala uderzeniowa - Polski Serwis Naukowy

USS Iowa (BB-61) strzela pełną salwą burtową w czasie manewrów w pobliżu wyspy Vieques Portoryko) 1 lipca 1984 – obserwowane fale na powierzchni oceanu

Fala uderzeniowa – cienka warstwa, w której następuje gwałtowny wzrost ciśnienia gazu, rozchodząca się szybciej niż dźwięk. Fale uderzeniowe powstają podczas silnego wybuchu, ruchu ciała z prędkością ponaddźwiękową (np. samolot).

USS Iowa (BB-61) okręt główny pancerników typu Iowa był czwartym okrętem United States Navy (ale dopiero drugim który wszedł do służby), którego nazwa pochodziła od stanu Iowa

Samolot – statek powietrzny cięższy od powietrza (aerodyna), utrzymujący się w powietrzu dzięki wytwarzanej sile nośnej za pomocą nieruchomych, w danych warunkach względem statku, skrzydeł. Ciąg potrzebny do utrzymania prędkości wytwarzany jest przez jeden lub więcej silników.

W powietrzu przelotowi intensywnej fali uderzeniowej w małej odległości od źródła, towarzyszy wytworzenie charakterystycznej mgiełki wskutek kondensacji pary wodnej, zjawisko to jest zauważalne gołym okiem przy wybuchu ładunków MW o masie >0,5kg i średniej sile (TNT) lub w bezpośrednim otoczeniu samolotu poruszającego się z prędkością naddźwiękową.

Dźwięk – wrażenie słuchowe spowodowane falą akustyczną rozchodzącą się w ośrodku sprężystym (ciele stałym, płynie, gazie). Częstotliwości fal, które są słyszalne dla człowieka, zawarte są w paśmie między wartościami granicznymi od ok. 16-20 Hz do ok. 16-20 kHz.

Kamica nerkowa (moczowa) (łac nephrolithiasis, urolithiasis) - choroba polegająca na powstawaniu złogów (tzw. "kamieni") w nerkach lub drogach moczowych na skutek wytrącania się związków chemicznych stanowiących prawidłowe lub patologiczne składniki obecne w moczu.

Powstawanie fali uderzeniowej

Gdy w gazie porusza się ciało to nadaje ono cząsteczkom zderzającym się z nim dodatkową prędkość. Jeżeli prędkość tego ciała jest mniejsza od średniej prędkości cząsteczek gazu, to cząsteczki przekazują sobie w wyniku zderzeń pęd, po zderzeniu powracają i zderzają się cząsteczkami z drugiej strony. Rozchodzące się w ten sposób zaburzenie jest obserwowane jako dźwięk. Jeżeli ciało ma prędkość większą od średniej prędkości cząsteczek gazu, to cząsteczki nie "nadążają z przekazywaniem" energii poprzedzającym je cząsteczkom, powstaje obszar w którym gwałtownie rośnie prędkość cząsteczek (szczególnie w jednym kierunku) co odpowiada wzrostowi ciśnienia. Gdy ciało przestanie gwałtownie się poruszać, następuje gwałtowny spadek ciśnienia.

Portoryko (hiszp. Puerto Rico – "bogaty port") – państwo stowarzyszone z USA, leżące na wyspie w Ameryce Środkowej, nad Oceanem Atlantyckim i Morzem Karaibskim.

Litotrypsja (ang. extracorporeal shock wave lithotripsy – ESWL) - zabieg urologiczny polegający na pozaustrojowym (z zewnątrz) skruszeniu kamienia w pęcherzu moczowym, moczowodzie lub nerce.

Jeżeli czynnik wywołujący falę trwa długo wywołuje ruch gazu w kierunku rozchodzenia się fali (podmuch).

Po ustaniu przyczyny, fala uderzeniowa rozchodząc się szybko zanika, wywołując wzrost temperatury ośrodka w którym się rozchodzi (np. powietrza). Po zwolnieniu do prędkości poddźwiękowej staje się zwykłą falą dźwiękową o dużej amplitudzie.

Silne fale dźwiękowe, słyszalne jako grzmot, lub też fale powstałe w wyniku uderzenia, niekiedy bywają mylnie nazywane falami uderzeniowymi.

Ciśnienie to wielkość skalarna określona jako wartość siły działającej prostopadle do powierzchni podzielona przez powierzchnię na jaką ona działa, co przedstawia zależność:

Vieques to wyspa-gmina miejska w Portoryko. Leży na wschód od głównej wyspy, Portoryko. Powierzchnia Vieques to 135 km², wyspę zamieszkuje 9531 osób (2000).

Fala uderzeniowa w ciałach stałych

W przypadku ciał stałych termin "fala uderzeniowa" jest zwykle rozumiany jako fala naprężeń ściskających o wielkiej amplitudzie lub impuls ciśnienia, który powoduje niemal natychmiastowy wzrost naprężeń lub ciśnienia w środku – przechodząca fala zwiększa gęstość ciała w kierunku swojego ruchu detonacja (przestrzeń C-J).

Ciało (ciało fizyczne) – termin o niezerowej . Określenie ciało fizyczne jest podstawowym pojęciem używanym w definicjach i prawach fizycznych w mechanice klasycznej jak i kwantowej, elektrodynamice i innych. Zastępuje słowa: materia, bryła, organizm, obiekt astronomiczny, przedmiot itp.

Wybuch – w mowie potocznej – gwałtowne wydzielenie w jednym miejscu dużych ilości energii. Wybuchowi towarzyszy zwykle nagły wzrost temperatury i wzrost ciśnienia. Wybuch powoduje powstanie fali uderzeniowej. W zależności od prędkości rozchodzenia się tej fali oraz mechanizmu wybuchu rozróżnia się deflagrację (zwaną inaczej wybuchem właściwym), eksplozję i detonację.

Fale o wielkiej amplitudzie powstają w Ziemi w wyniku takich zjawisk, jak podziemna eksplozja, trzęsienie ziemi lub uderzenie meteorytu. W laboratorium mogą być one wytwarzane pod kontrolą i są bardzo użyteczne zarówno w geofizyce, jak i badaniach ciał stałych.

Przejście fali uderzeniowej przez ciało stałe powoduje zmiany w stanie fizycznym materiału. Może ona np. spowodować przesunięcia atomów, zmiany poziomów energetycznych elektronów i zmienić bilans energii wewnętrznej. Pomiary zachowania się ciał stałych poddanych silnym impulsom ciśnienia rzuciły nowe światło na podstawowe właściwości ciał stałych i doprowadziły do zastosowania fali uderzeniowej w medycynie – poprzez ogniskowanie wiązki ultradźwięków na kamieniach nerkowych można spowodować ich skruszenie (metoda litotrypsji) czy do rozwoju takich użytecznych metod przemysłowych, jak wybuchowe platerowanie i zgrzewanie, wybuchowe cięcie i kształtowanie, uderzeniowe wprasowywanie proszków w stałe części maszyn, wybuchowe roboty ziemne (np. wykopy) i wytwarzanie nowych materiałów o szczególnych właściwościach.

Broń jądrowa – rodzaj broni masowego rażenia wykorzystującej wewnątrz jądrową energię wydzielaną podczas łańcuchowej reakcji rozszczepienia jąder ciężkich pierwiastków (uranu i plutonu - broń atomowa) lub reakcji termojądrowej syntezy lekkich pierwiastków z wodoru - bomba wodorowa – o sile wybuchu znacznie większej od broni atomowej. Dzięki istnieniu tej broni powstało przekonanie o możliwości pokonania przeciwnika bez użycia ogromnych armii, do zadania dużych zniszczeń na obszarze przeciwnika wystarczy samolot bombowy, pocisk artyleryjski lub rakieta przenosząca atomowe głowice bojowe.

1 lipca jest 182. (w latach przestępnych 183.) dniem w kalendarzu gregoriańskim. Do końca roku pozostaje 183 dni. Słońce w tym dniu znajduje się w zodiakalnym gwiazdozbiorze Raka.

Eksperymentatorzy zwykle wytwarzają fale uderzeniowe w materiałach za pomocą eksplozji przyłożonego materiału wybuchowego albo przez uderzenie pocisku o dużej prędkości wystrzelonego z działa lub przyspieszonego przez eksplozję

Fala uderzeniowa wybuchu jądrowego

Osobny artykuł: Fala uderzeniowa wybuchu jądrowego.

Jeżeli fala uderzeniowa powstaje w wyniku wybuchu, może rozchodzić się jako ciąg fal uderzeniowych o wzroście i spadku ciśnienia.

Fala uderzeniowa i wywołane nią wtórne zjawiska, takie jak podmuch, wahania ciśnienia, grzmot, to jeden z najważniejszych czynników niszczących wybuchu jądrowego (z wyjątkiem bomb neutronowych). Oddziałuje bezpośrednio na ludzi, przedmioty i inne w trakcie wybuchu jądrowego, wywołując burzenie budynków, przewracanie, deformowanie, rozrywanie, łamanie, porywanie sprzętu, wyrywanie drzew itp. Na ludzi działa bezpośrednio jako uderzenie, lub pośrednio jako uderzenie przez przedmioty niesione przez podmuch. Jej zasięg niszczycielski zależy od siły wybuchu bomby i odległości od wybuchu. Fala uderzeniowa może się odbijać, czego przykładem jest wybuch w Nagasaki (jedna podstawowa i 4 odbite), ale zależy to od ukształtowania terenu.

Fala uderzeniowa wybuchu rozchodząc się promieniście zanika szybko wraz z odległością od źródła, a po osłabnięciu rozchodzi się na znaczne odległości jako fala dźwiękowa.