έκρηξη (2 άρθρα)

Πως υπολογίζεται η ενέργεια που απελευθερώνεται σε μια έκρηξη … κοιτώντας τις φωτογραφίες της

| 0 ΣΧΟΛΙΑ

Ένας από τους πιο εντυπωσιακούς τρόπους επίλυσης φυσικών προβλημάτων είναι η μέθοδος της διαστατικής ανάλυσης. Και είναι εντυπωσιακός διότι δεν χρειάζεται να εφαρμοστούν οι φυσικοί νόμοι από τους οποίους εξαρτάται η επίλυση του προβλήματος – οι οποίοι πολλές φορές είναι εντελώς άγνωστοι. Το μόνο που απαιτείται είναι η γνώση των μονάδων μέτρησης των φυσικών μεγεθών που πιθανόν υπεισέρχονται στο φυσικό πρόβλημα. Δυο σχετικά παραδείγματα – η εκτίμηση της ακτίνας του ατόμου του υδρογόνου και ο ακριβής υπολογισμός της κυκλικής συχνότητας αρμονικού ταλαντωτή)βρίσκονται ΕΔΩ.

Ένα τρίτο παράδειγμα που σχετίζεται με την περιγραφή του μεγέθους μιας έκρηξης συναρτήσει όλων των σχετικών φυσικών ποσοτήτων, χρησιμοποιείται πολλές φορές ως παιδαγωγική εισαγωγή προπτυχιακών φοιτητών στην μέθοδο της διαστατικής ανάλυσης. Εφαρμόστηκε από τον Βρετανό φυσικό Geoffrey I. Taylor στον υπολογισμό της ενέργειας που απελευθερώθηκε κατά την έκρηξη της πρώτης πυρηνικής βόμβας του προγράμματος Μανχάταν (Trinity nuclear test).

Στους υπολογισμούς του ο Taylor περιγράφει μια σφαιρικά συμμετρική έκρηξη που χαρακτηρίζεται από την ακτίνα R συναρτήσει της ενέργειας Ε που απελευθερώνεται κατά την έκρηξη, τον χρόνο t που πέρασε μετά την πυροδότηση και την πυκνότητα του υλικού ρ. Υποθέτει μια εξίσωση της μορφής:

R=S(γ)Eα ρb tc 

όπου α, b και c αδιάστατες σταθερές. Η επίσης αδιάστατη συνάρτηση S(γ), πρέπει να προσδιορίστεί από την θερμοδυναμική εξέλιξη του συστήματος και εξαρτάται από τον αδιαβατικό συντελεστή του μέσου γ (για τα ιδανικά αέρια γ=5/3). Οι περισσότερες αναφορές στον υπολογισμό του Taylor θεωρούν S(γ)=1.

Η παραπάνω εξίσωση πρέπει προφανώς να ικανοποιείται από τις μονάδες των μεγεθών που περιέχει, δηλαδή:

m1=Jouleα∙(kg/m3)b∙sc

Aλλά Joule=N∙m=kg∙(m/s2), oπότε: m1=kg(α+b)∙m(α–3b)∙s(c–2α).
Έτσι προκύπτει το σύστημα των εξισώσεων
0=α+b
1= 2α –3b
0= –3α+c
απ’ όπου παίρνουμε α=–b=1/5, c=2/5 και

R=S(\gamma)\left(E/\rho \right)^{1/5} t^{2/5}     (1)

H εξίσωση (1) μας δείχνει την εξέλιξη του μεγέθους της έκρηξης (ακτίνα R) συναρτήσει του χρόνου:Για να υπολογίσουμε την ενέργεια που απελευθερώθηκε – εφόσον διαθέτουμε εικόνες ή βίντεο της έκρηξης – προσδιορίζουμε από τις εικόνες μερικά «πειραματικά» ζεύγη (ti, Ri) και προσαρμόζουμε τα δεδομένα αυτά σε μια εξίσωση της μορφής  R=\lambda t^{2/5}, απ’ όπου προκύπτει το \lambda =S(\gamma)\left(E/\rho \right)^{1/5}. H ενέργεια που απελευθερώθηκε θα είναι:

E\sim \lambda^{5} \rho

H ακριβέστερη εκτίμηση γίνεται από την εξίσωση E = \frac{\lambda^{5}\rho}{S(\gamma)^{5}}, αλλά απαιτείται ο προσδιορισμός του παράγοντα S(\gamma).

Η λεπτομερής ανάλυση του Geoffrey Taylor σχετικά με το πως υπολόγισε την ενέργεια που απελευθερώθηκε στην πρώτη πυρηνική έκρηξη είναι λίγο δυσκολότερη. Θα την βρείτε στις δημοσιεύσεις του: «The Formation of a Blast Wave by a Very Intense Explosion. I. TheoreticalDiscussion» και «The formation of a blast wave by a very intense explosion: II. The atomic explosion of 1945» .

Ένας σχετικός υπολογισμός της ενέργειας που απελευθερώθηκε στην πρόσφατη έκρηξη της Βηρυτού γίνεται στην δημοσίευση του Jorge S. Diaz: «Explosion analysis from images: Trinity and Beirut»

 

Πηγή

Κατηγορίες:
Φυσική & Φιλοσοφία

Ανάκ Κρακατόα, το Ινδονησιακό ηφαίστειο με την μακραίωνη «πύρινη» δράση

| 0 ΣΧΟΛΙΑ
 
Γεννήθηκε πριν από 90 χρόνια από το ηφαίστειο Κρακατόα που με έκρηξή του, το 1883, προκάλεσε το θάνατο περισσότερων από 36.000 ανθρώπων

Για περισσότερα από δέκα χρόνια ήταν στο μικροσκόπιο των επιστημόνων το ηφαίστειο Ανάκ Κρακατόα η ενεργοποίηση του οποίου προκάλεσε, όπως όλα δείχνουν, το τσουνάμι με τους περισσότερους από 160 νεκρούς στην Ινδονησία.

Το Ανάκ Κρακατόα (στα ελληνικά μεταφράζεται ως «παιδί του Κρακατόα) «γεννήθηκε» μέσα από τη θάλασσα πριν από 90 χρόνια σε μια περιοχή γύρω από το θρυλικό ηφαίστειο Κρακατόα.

Οι επιστήμονες είχαν παρατηρήσει ότι το Ανάκ Κρακατόα ήταν ιδιαίτερα «δραστήριο» από τον περασμένο Ιούνιο ενώ συχνές ήταν και οι περιπτώσεις κατά τις οποίες οι στάχτη του έφτανε ψηλά στον ουρανό. Τον Οκτώβριο, μάλιστα, ένα τουριστικό σκάφος παραλίγο να χτυπηθεί από «βόμβα» λάβας που εκτοξεύτηκε από το ηφαίστειο.

Η γέννηση του Ανάκ Κρακατόα τοποθετείται στο 1928 στην καλντέρα του Κρακατόα, του ηφαιστείου που έχει μείνει στην ιστορία για τη βίαιη ενεργοποίησή του το 1883.

Με τη βοήθεια της λάβας από το ηφαίστειο-«πατέρας» δημιουργήθηκε ένα μικρό ηφαιστειακό νησί με τον κώνο του να βρίσκεται τώρα σε υψόμετρο 300 μέτρων πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας.

Απο τη στιγμή της δημιουργία τους το Ανάκ Κρακατόα ήταν σε μια κατάσταση ημι-συνεχούς εκρηκτικής δραστηριότητας με τον Αυστραλό καθηγητή Ρέι Κας να σημειώνει ότι το μέγεθός του μεγάλωνε συνεχώς με εκρήξεις που σημειώνονταν κάθε 2-3 χρόνια.

krakatosa-new2
Φωτογραφία από έκρηξη του Ανάκ Κρακατόα τον περασμένο Ιούλιο
 

Ο ίδιος υποστηρίζει ότι η τελευταία ενεργοποίησή του μπορεί να συνέπεσε ή να πυροδότησε κάποιο υπόγειο γεγονός όπως μια κατολίσθηση ή έναν σεισμό που στη συνέχεια προκάλεσε το φονικό τσουνάμι.

Το νησί του Ανάκ Κρακατόα είναι ακατοίκητο μολονότι αποτελεί τουριστικό προορισμό

 

Η έκρηξη του 1883, σε λιθογραφία του 1888
 

Η πιο αξιοσημείωτη έκρηξη του Κρακατόα, αυτή που έλαβε χώρα το 1883 και κλιμακώθηκε με μια σειρά εκρήξεων τις 26-27 Αυγούστου 1883, οι οποίες είναι από τα πιο βίαια ηφαιστειακά γεγονότα στην καταγεγραμμένη ιστορία, είχε εκτιμώμενη ισχύ στην κλίμακα VEI 6, ισοδύναμη με 200 μεγατόνους ΤΝΤ - περίπου 13.000 φορές ισχυρότερη από την βόμβα Λιτλ Μπόι (13-16 kt), η οποία κατέστρεψε τη Χιροσίμα κατά τη διάρκεια του Β΄Παγκοσμίου Πολέμου, και τέσσερις φορές ισχυρότερη από την Τσαρ Μπόμπα (50 Mt), την ισχυρότερη πυρηνική βόμβα που έχει εκραγεί.
Ηφαιστειακή σποδός σχημάτισε μια στήλη ύψους 30.000 μέτρων και υπολογίζεται ότι ο όγκος των ηφαιστειακών αναβλημάτων ήταν 25 κυβικά χιλιόμετρα. Η έκρηξη ακούστηκε μέχρι το Άλις Σπρινγκς, στην κεντρική Αυστραλία, περίπου 3.600 χιλιόμετρα μακριά, καθώς και τα νησιά Ροντρίγκες, κοντά στον Μαυρίκιο, 4.780 χιλιόμετρα δυτικά.

 
Πηγή: protothema.gr
 
 
 
 
Κατηγορίες:
Ιστορία
web design by