Занимательное волноведение. Волненя и колебания вокруг нас
Шрифт:
По данным исследования, проведенного в 2008 году научно-исследовательской корпорацией «РЭНД»{88} из 1,64 млн. американских военных, принявших с 2001 года участие в иракском конфликте и операции «Несокрушимая свобода» в Афганистане, примерно «320 000 человек пострадали от вероятной черепно-мозговой травмы, полученной в ходе боевых действий». Получается, каждый пятый оказался в непосредственной близости от разорвавшейся бомбы. Но цифра так велика вовсе не потому, что боевики закладывают самодельные взрывные устройства на каждом шагу — все дело, как это ни парадоксально, в особой эффективности современного бронежилета. Бронежилет, защищая боевой состав от осколочных ранений, повышает шансы солдат выжить после разорвавшейся в непосредственной близости бомбы. Раньше в подобных случаях большинство
Взрывная волна сильно влияет на деятельность мозга даже при отсутствии видимых внешних повреждений. Во время взрыва давление воздуха сначала резко повышается, затем внезапно падает — кратковременная, но ужасающая по своей разрушительной силе взрывная волна развивает скорость в 1 287 км/ч, то есть движется раз в десять быстрее ураганного ветра.{89} Такое невероятное давление череп в буквальном смысле деформирует, вызывая контузию или тяжелый ушиб тканей мозга. Кроме того, в кровеносных сосудах могут образоваться пузырьки воздуха, которые, попадая в мозг, повреждают целые области. Из компьютерной модели действия мощных ударных волн видно, что они устремляются в воздушный промежуток между головой солдата и шлемом, вызывая волнообразную деформацию черепа. Результат воздействия на мягкие ткани головного мозга сравним с последствиями от удара головой во время серьезной автомобильной катастрофы.{90} Современный шлем защищает голову солдата от разлетающихся осколков, но против ударных волн он бесполезен.
Поражения, вызванные действием ударной волны, редко принимаются во внимание. Во-первых, видимые телесные повреждения при этом незначительны; во-вторых, многие военные, столкнувшись с проблемами в психической сфере, возникшими после участия в боевых действиях, предпочитают о них умалчивать, опасаясь неблагоприятных для дальнейшей службы последствий. Травмы, вызванные действием ударной волны, для современных военных действий не просто типичны — они грозят перерасти в эпидемию скрытого характера.
Так что же эти ударные волны собой представляют?
Их нельзя выделить в отдельную категорию, как, к примеру, волны океанические, электромагнитные или акустические; скорее, ударные волны можно описать как те же самые волны любой категории, но пребывающие в отвратительном настроении. Другими словами, любая волна может быть описана как ударная в момент наибольшей силы, когда от ее благовоспитанности не остается и следа.
Самые впечатляющие и разрушительные ударные волны отмечаются среди волн акустических. Волны давления, стремительно несущиеся из эпицентра взрыва, суть акустические ударные волны, особенно неистовые образчики все тех же волн сжатия-разрежения, которые мы иногда слышим как звук. Однако я буду называть их просто ударными волнами давления, или, в случае их распространения через твердую материю, ударными волнами в твердых средах — чтобы избежать путаницы, поскольку многие все же связывают термин «акустический» с обычными звуковыми волнами, а вовсе не с теми, от которых барабанные перепонки лопаются.
На первый взгляд, сравнение из разряда «хорошее настроение — плохое настроение» едва ли приемлемо в качестве отличительного признака ударных волн от волн обычных, однако обычные волны могут вырастать до ударных и наоборот, так что, на мой взгляд, аналогия с настроением удачная. Так что же представляют собой волны, доведенные до бешенства? Независимо от того, к какой категории они принадлежат — к волнам океаническим, волнам давления или каким-то другим, — ударные волны непременно проявят свой крутой нрав, ведя себя типичным образом:
Их физиономии, такие непохожие на мягкие личики благовоспитанных собратьев, искажаются гневом. Форма ударной волны бывает разной — этим волнам не свойственна аккуратная симметрия обычных волн. К примеру, ударная волна давления обычно примчится к вам по воздуху в виде невероятно крутого скачка давления (одного или нескольких), сопровождаемого более плавным возвратом к нормальному давлению. Благовоспитанные волны давления, напротив, обладают симметричной кривой поднимающегося и падающего давления.
Обычно они мчатся сломя голову. Ударные волны в любой среде распространяются быстрее, чем нормальные волны соответствующей категории. В то
Они слишком раздражены и нетерпеливы, чтобы соблюдать все Законы волны, которым подчиняются остальные. Ударные волны зачастую отражаются, преломляются и отклоняются не так, как это делают волны благовоспитанные; то же самое можно сказать о поведении двух ударных волн в том случае, когда они накладываются.
Они стремятся разнести все вдребезги. Часто ударные волны оказывают продолжительное, даже разрушительное воздействие на любую среду распространения. Например, когда ударная волна в твердых средах проходит через плотную материю, она может превратить ее в осколки. Если же среда жидкая или газообразная, волна ее нагреет, а то и раскалит добела. А вот благовоспитанные волны ведут себя примерно — оставляют окружающее пространство после своего пребывания неизменным.
Физики, понятное дело, за основу определения ударной волны взяли более устойчивую категорию, нежели колебания настроения. Те из вас, кто относит себя к лирикам, могут отвернуться и поглазеть в окно, поскольку я собираюсь, пусть и коротенько, об этой категории поведать. Так вот, по мнению ученых, ударная волна распространяется нелинейно, в то время как распространение обычных волн — линейное; под линейностью имеется в виду соблюдение принципа суперпозиции. Этот принцип заключается в следующем: в результате наложения двух волн непосредственно складываются их гребни и подошвы.
Все, можете поворачиваться — с нудной частью покончено.
Вне всяких сомнений, наиболее очевидный способ создания ударных волн — взрывы. Но они совсем не обязательно должны иметь рукотворную природу. Пример тому — ударная волна в воздухе, образовавшаяся во время грандиозного извержения вулкана Кракатау на одноименном индонезийском острове в 1883 году; остров в результате извержения прекратил существование. Волне понадобилось 10 часов 20 минут, чтобы пройти 11 620 км, отделявших остров от Лондона. В Лондоне она была зарегистрирована барографами Гринвичской обсерватории как внезапный скачок атмосферного давления, за которым последовал такой же резкий спад, после чего давление вернулось к нормальному значению.{91}
Проницательные наблюдатели за волнами наверняка уже вычислили, что раз волны давления покрыли такое расстояние за 10 часов 20 минут, они распространялись со скоростью ниже обычной. В конце концов, скорость звука (а именно с такой скоростью волны давления и распространяются) в воздушной среде при температуре +4,5°С равна примерно 1 207 км/ч, в то время как 11 620 км, пройденные за 10 часов 20 минут, означают скорость в 1 127 км/ч. В этом можно заметить противоречие второму свойству ударных волн, которое гласит: ударные волны распространяются быстрее волн обычных. На деле же ударная волна в атмосфере скачет вверх и вниз, проходя при этом расстояние гораздо большее, чем то, которое покрывает, скажем, ворон, летящий по прямой.
Еще один природный источник ударных волн — молния. Каждый раз, слыша гром, вы слышите ударные волны. При этом взрыв происходит в результате чудовищной силы колебаний воздуха, которые происходят из-за очень быстрого повышения давления на пути молнии вследствие сильного нагревания. Возникают волны давления с резко выраженным фронтом, за которым следует более плавный возврат к нормальному атмосферному давлению. Выходит, раскат грома и есть звучание этой самой волны давления? Такой вопрос я задал, беседуя с профессором Марком Крамером, изучающим ударные волны в Политехническом университете Виргинии. Профессор рассказал, что наши уши улавливают подобный скачок давления как «щелчок искрового разряда при подключении аккумулятора машины или стук при столкновении двух бильярдных шаров».
Диверсант. Дилогия
Фантастика:
альтернативная история
рейтинг книги
