Fyzika

Co vytváří houbový mrak, když vybuchne atomová bomba?

Co vytváří houbový mrak, když vybuchne atomová bomba?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Myšlenka na to, jak vypadá jaderný výbuch, je pravděpodobně upevněna ve vaší paměti. Ať už ze sledování dokumentů a filmů zobrazujících explozi, nebo ze sledování obrazů v popkultuře, výbuch povahy a velikosti jaderné detonace není něco, na co se snadno zapomíná.

Snad nejpozoruhodnějším aspektem těchto výbuchů je ochranná známka velkých hubových mraků, které vytvářejí. Většina bomb vytváří podobné mraky, ale ne úplně podobné těm, které byly pozorovány po jaderné detonaci.

Co tedy způsobuje, že se tyto mraky tvoří?

Stručně řečeno, je to proto, že bomba najednou uvolní velké množství energie. Tato energie vytváří velmi horkou bublinu plynu, který interaguje s chladnějším okolním vzduchem, čímž je méně hustý. V případě jaderné detonace emituje bomba paprsek rentgenových paprsků, které ionizují a ohřívají okolní vzduch; ta horká bublina plynu je známá jako ohnivá koule.

Horká ohnivá koule stoupá velmi rychle a vytváří silný stoupavý proud, který je poté naplněn okolním vzduchem a prachem. To je to, co vytváří cloud.

To však byla rychlá odpověď, abychom ji lépe pochopili, musíme se ponořit trochu hlouběji.

Co jsou houbové mraky?

Abychom pochopili, proč jaderné výbuchy vytvářejí mraky hub, musíme nejprve definovat, co tyto mraky jsou.

Mraky hub jsou mraky kouře a trosek, které se pohybují vzduchem po výbuchu. Tyto typy mraků se formují nejen po jaderných výbuchech, ale také po každé události, která vytváří teplo velmi rychle. Příkladem toho může být výbuch konvenční bomby nebo dokonce sopky.

Proč jaderné detonace způsobují velké mraky hub?

Odpověď se v tomto okamžiku může zdát jednoduchá, vzhledem k tomu, že jsme ji v zásadě již řešili v tomto článku, ale příběh obsahuje více.

Silný jaderný výbuch samozřejmě způsobí náhlé uvolnění tepla, které reaguje s okolním vzduchem, čímž je tento vzduch méně hustý - jak jsme již diskutovali.

Interakce mezi dvěma materiály (tekutinami nebo plyny) o různé hustotě, když jsou spojeny dohromady, se nazývá Rayleigh-Taylorova nestabilita.

Tento princip primárně charakterizuje pohyb dvou tekutin s různou hustotou. Tekutiny s různými hustotami jsou ovlivňovány jakoukoli danou silou různými způsoby v závislosti na jejich měnících se vlastnostech. Jednoduše vysvětleno, nestabilita RT nastává, když je těžká tekutina podporována lehčí. Tekutiny budou směřovat k rovnováze, což způsobí, že méně hustá tekutina bude střílet skrz hustší tekutinu.

V případě výbuchů, kdy je méně hustý horký vzduch centralizován, dochází k tomuto „střílení“ méně hustého horkého vzduchu přes hustší chladnější okolní vzduch ve centralizovaném bodě. Interakce těchto plynů způsobují tvar houby.

Je třeba si uvědomit, že tato interakce je přítomna ve všech tekutinách, kde méně hustá tekutina podporuje těžší, například interakci oleje a vody v šálku. V případě jaderných výbuchů by interakce přetrvávala bez přítomnosti kouře nebo úlomků. Kouř a trosky jsou prostě tím, co nám umožňuje snadněji sledovat tvorbu mraků hub.

Méně hustý horký vzduch stoupne z počáteční ohnivé koule a vytvoří vakuum. To způsobí nasávání hustšího studeného vzduchu, protože ohnivá koule stále stoupá.

Stoupající horký vzduch naráží na odpor hustšího studeného vzduchu, který působí jako odpor jeho pohybu nahoru. Je to tento odpor, který zplošťuje stoupající mrak a transformuje ho do tvaru houby.

SOUVISEJÍCÍ: JADERNÉ MELTDOWN A JAK tomu lze zabránit

Okraje mraku se zdají být neustále zvlněné. Je to způsobeno pohybem tekutiny v důsledku tohoto odporu. Vzduch na povrchu ohnivé koule se pomalu stahuje zpět, jen aby se otočil a znovu se nasál zpět na dno ohnivé koule.

Celý tento proces pokračuje, dokud není dosaženo rovnováhy. Ohnivá koule přestane stoupat, dokud nedosáhne bodu, kdy má okolní vzduch stejnou hustotu. V případě jaderných výbuchů je toto poměrně vysoké v atmosféře, obvykle v ozonové vrstvě.

Podle článku v Scientific American„Všechny atomové bomby vytvářejí bouli a stonku, ale opravdu obrovské, houbové mraky jsou vytvářeny velmi vysokými výboji termonukleárních zbraní (vodíkové bomby). Ohnivá koule z H-bomby stoupá tak vysoko, že zasáhne tropopauza, hranice mezi troposférou a stratosférou. V tropopauze je silný teplotní gradient, který brání tomu, aby se obě vrstvy atmosféry hodně mísily. Horká bublina ohnivé koule se zpočátku rozšiřuje a stoupá. V době, kdy bublina vystoupal z hladiny moře do tropopauzy, už není tak horký, aby prorazil hranici ... V tu chvíli se ohnivá koule zplošťuje; už se nemůže rozšiřovat nahoru, takže se rozšiřuje na stranu do přehnané hubové čepice . “

Jak velké jsou mraky jaderných hub?

Všichni si nyní můžeme představit, jak jaderný výbuch vypadá, ale obtížnější je pochopit rozsah výbuchu. Jelikož je nepravděpodobné, že bychom někdy viděli jaderný výbuch osobně, může být obtížné pochopit rozsah.

Obecně platí, že houbové mraky mohou během několika minut vystoupit až na desítky tisíc stop. Pro srovnání, většina osobních letadel křižuje kolem33,000 nohy, nebo 10,000 metrů.

Podíváme-li se zpět na historický výbuch, pojďme se podívat na to, co se stalo po jaderném výbuchu v Hirošimě 1945. Během prvních 10 minut se mrak hub zvýšil na více než60,000 stop nebo zhruba 20,000 metrů.

To nám však nedává celkový obraz. I když to bylo více než20,000 metrů vysokých během prvních 10 minut, během prvních 30 sekund se mrak vznesl nad cestovní výškou Enola Gay, letadla, které shodilo bombu. To znamená, že mrak vyrostl 10,000 metrů za 30 sekund. Zprůměrováno, to znamená, že cloud expandoval nahoru v 333 m / s zpočátku a poté zpomalil, aby se zvýšil jen na a 100 m / s průměr po 10 minutách.

Nakonec mraky hub nejsou specifické pro jaderné výbuchy, spíše jsou specifické pro Rayleigh-Taylor Nestability v tekutinách - princip, který vidíme každý den v akci kolem nás.


Podívejte se na video: Hiroshima Bomb detonation Music: Saw Theme (Leden 2023).