Fala uderzeniowa

Jedną z najczęściej wykorzystywanych rodzajów broni w niemal każdej armii na świecie są różnego rodzaju bomby oraz materiały wybuchowe. Od tych najbardziej popularnych, jak dynamit, przez te zakazane konwencjami międzynarodowymi (bomby kasetowe), aż po te najbardziej niszczycielskie, jak choćby broń atomowa.

Niezależnie jednak od tego, z jaką bombą ma się do czynienia, po każdym wybuchu powstaje mniej lub bardziej niszczycielska fala uderzeniowa. Warto więc bliżej przyjrzeć się temu, czym jest to zjawisko oraz w jaki sposób powstaje.

Fala uderzeniowa — co to jest?

Aby odpowiedzieć sobie na pytanie, co to jest fala uderzeniowa, należy sięgnąć do praw fizyki. Zjawisko to, to nic innego, jak bardzo cienka warstwa, w której dochodzi do nagłego wzrostu ciśnienia ośrodka.

Co ważne, fala uderzeniowa rozchodzi się szybciej niż prędkość dźwięku. Może zostać wytworzona poprzez eksplozję, ale również przez ruch ciała (na przykład samolotu) z prędkością naddźwiękową.

Podczas eksplozji, w niewielkiej odległości od epicentrum powstaje charakterystyczna mgiełka. Zjawisko to, nazywane chmurą Wilsona, jest niczym innym, jak gwałtownie skondensowaną parą wodną. Można je zaobserwować gołym okiem w przypadku środków wybuchowych o masie większej niż pół kilograma i średniej sile wybuchu (np. TNT).

Do tego dochodzi również niezwykle podobne zjawisko, które powstaje w bezpośrednim otoczeniu obiektu. Co ważne porusza się ono z prędkością nad- i okołodźwiękową i nosi nazwę obłoku Prandtla-Glauerta.

Jak powstaje fala uderzeniowa?

Proces powstawania fali uderzeniowej nie jest zbyt skomplikowany i można łatwo opisać go w kilku krokach. W przypadku detonacji materiałów wybuchowych, takich jak paliwa, związki utleniające i mieszanki chemiczne, dochodzi do bardzo szybkiego, gwałtownego uwolnienia dużej ilości energii w postaci ciepła oraz gazów.

W wyniku wybuchu materiały ulegają szybkiemu spalaniu lub rozkładowi chemicznemu, co prowadzi do powstania gorącego obszaru o bardzo wysokiej temperaturze. To nagłe podgrzanie powietrza i gazów wokół bomby jest początkiem procesu powstawania fali uderzeniowej.

Powstałe w wyniku eksplozji gorące gazy wyrzucane są w otoczenie z dużą prędkością. To generuje fale uderzeniowe, które są rodzajem fal ciśnienia rozchodzących się w kuliście lub ukośnie.

Fala uderzeniowa składa się z gęstszych obszarów skompresowanego powietrza (fazy skurczu) oraz rzadszych obszarów zredukowanego ciśnienia (fazy rozprężenia). Ta gwałtowna zmiana ciśnienia generuje omawiane zjawisko, które rozchodzi się wokół punktu wybuchu.

Jak zabija fala uderzeniowa?

Fala uderzeniowa to niezwykle potężna energia, która może spowodować trwałe uszkodzenia u organizmów żywych. Przede wszystkim w jej wyniku niekiedy dochodzi do uszkodzeń wewnętrznych.

Gwałtowna zmiana ciśnienia może spowodować pęknięcie różnych naczynek krwionośnych oraz błon, przez co może dojść do wewnętrznych krwotoków. Narażone są także płuca. Wysokie ciśnienie powoduje nadmierne ich rozprężenie. Pękaniu ulegają pęcherzyki powietrza, co może skutkować niewydolnością oddechową, a nawet zawałem.