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【原创】趣味力学之爆炸力学

(2010-04-24 12:49:00)
标签:

科普

力学

教育

分类: 趣味力学
    爆炸力学是干什么的呢?不妨让我们先来看几张图。
    

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    图一:500吨高能炸药爆炸后形成的云状爆炸波。

    

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    图二:原子弹爆炸后形成的蘑菇云--最恐怖的美丽。


    上面两张图中,不管是高能炸药也好,还是原子弹也好,他们共同的特点就是:爆炸物被点燃后,储存在爆炸物的某些能量被以迅雷不及掩耳盗铃之势迅速释放出来,进而在其局部空气中形成强大的冲击波(压力波),有的时候还伴随着诸如高温啊,高速弹体碎片甚至辐射等副效应,这使得这些爆炸物当然不让地成为杀人越货的首选工具。可以毫不夸张地说,在现实世界使用爆炸物的作用那就相当于在西西河使用鸡蛋的作用。而事实上,鸡蛋被扔后的破裂过程还真的属于爆炸力学的研究范围呢。

    说到这里,我们可以告诉大家乐,爆炸力学的研究方向之一就是:从力学的角度研究爆炸的发生和发展规律。不管是化学爆炸啦,核爆炸啦,电爆炸啦,还是。。。啦不出来啦,力学家们总是尽可能找到方法,研究各种爆炸物他们的产生冲击波的机制,而更多的是研究冲击波是如何传播,发展,而建立比较有效的数学模型用以描述这些高速冲击波所携带的能量,动量转换过程当然是此类力学研究的努力方向。

    此外,爆炸力学还研究什么呢?继续看图。
    

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   图三:某国某军舰在遭到自杀式炸弹攻击后的悲惨景象。

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   图四:上图军舰破坏部分的近景图。船体一部分金属挡板已经被炸开,导致海水灌入船体内。

   上面两张图实际上说得是同一件事儿:军舰在受到自杀式炸弹袭击后,舰体钢板撕裂,形成大面积破坏,导致人员伤亡(17名士兵)。我们知道,一艘军舰外皮包着很厚很厚的钢板(一般可达到二厘米厚),但显然这么厚的钢板仍然抵挡不住普通的炸弹的攻击。那么我们马上就可以问一个问题:我们能设计更好的船身结构去抵挡爆炸波的攻击么?而寻找这个问题的答案就是爆炸力学的另一个研究方向:研究爆炸效应在结构设计中的应用及如何对其进行更好地防护。这个研究方向主要集中在对“盾”的设计上。

    不过,世界上到底是先有矛还是先有盾呢?在我看来,恐怕还是先有矛的可能性更大一些。而爆炸力学的发展也说明了这一点,对于矛的研究比对盾的研究貌似更丰富多彩一些。大家一起来看看。

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   图五:穿甲弹穿透钢板的瞬间。

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   图六:某步兵车被破甲弹击中后的悲惨景象。


   是的,这里提到了穿甲弹和破甲弹。通过前面介绍,我们已经知道,炸药能产生高强冲击波,也知道爆炸物瞬间产生的能量很好很强大,甚至可以让很厚的钢板撕裂。然而,简单的爆炸后产生的冲击波基本是均匀地向西面八方传播的(如果是点爆,形成的是球面波),这样有一种情况就是,我像敌人扔了颗手榴弹,但是那天没吃饱饭,结果扔得近了点,在炸毁了敌人的同时,向后传播爆炸波把自己也炸到了,这实在是一件让人比较沮丧的事情,能避免最好避免。当然了,愿意做人肉炸弹的不需要为此而沮丧,因为他们与真主同在,my god。还有更多情况是,我们希望更有效地利用这些能量,那就是需要想办法把这些能量最好集中在某一方向。基本上,这就相当于,力气大的人可以使大锤,以在战场上把人活活砸成相片为主要目的;但没力气使不动大锤的人最好还是选择枪这种比较有前途的武器,把人捅成蜂窝煤,也可以实现用更小的力气达到更大的效果。  

    在对子弹或者穿甲弹,破甲弹这类“矛”的机理的研究上,爆炸力学找到了更广阔的用武之地,显现了其无以伦比的强大功力。而很多这方面的研究不仅可以应用到军事工业,诸如武器设计方面,在矿业,特别是对石油开采的核心技术--射孔技术,也起到至关重要的作用。

    以后有机会,没准可以聊一聊穿甲弹与石油开采暧昧。。。

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