Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
Государственный университет управления
Кафедра управления природопользованиеми экологической безопасностью
Специальность «Налоги и налогообложение»
РЕФЕРАТ
по дисциплине:
Безопасность в чрезвычайных ситуациях
на тему:
Ударные волны. Параметры ударной волны.Ее воздействие на людей, здания и сооружения. Средства и способы защиты от ударныхволн
Выполнила студентка
II курса НиН – 2-1 Л.Н. Шамсутдинова
Руководитель работы
Доктор философских наук,
профессор В.В. Овчинников
г. Москва 2011 год
Оглавление
Введение
1. Ударные волны
1.1 Понятие «ударной волны»
1.2 Параметры ударной волны
2 Воздействия ударной волны на людей, здания,сооружения
3 Средства и способы защиты от ударных волн
Заключение
Список использованной литературы
Введение
Не раз мы слышали термин «ударнаяволна» (именно он – объект моего исследования). Это понятие муссируется и по радио,и по телевидению, и в газетах. Наверняка, первый раз этот термин мы слышали на урокахфизики в школе и, возможно, не придали ему должного значения, а ведь понятие довольносложное и важное.
Мы живем в эпоху, когда слова«терроризм», «взрыв» слышим чуть ли не каждый день. А ведь именно взрыв – один изисточников ударной волны и поэтому не знать о них, значит быть в постоянной опасности,ведь, как известно, предупрежден, значит вооружен.
Таким образом, незнание обударных волнах может быть очень опасным для человека. Именно в этом важность и актуальностьвыбранной мною темы реферата.
Цель моего реферата – глубокоеизучение понятия «ударная волна».
Задачи или вопросы, которыея перед собой ставлю, и которые помогут мне достичь цели моей работы – это:
· что есть «ударная волна»;
· каковы ее параметры;
· каковы ее воздействия на людей, зданияи сооружения;
· средства и способы защиты от ударных волн.
Чтобы решить поставленныезадачи, я буду использовать современные энциклопедии (в частности БСЭ), учебникидля высших учебных заведений по дисциплине «Безопасность в чрезвычайных ситуациях»,справочники.
1. Ударные волны
1.1 Понятие «ударной волны»
Ударная волна, по определениюиз Большой Советской Энциклопедии, – это скачок уплотнения, распространяющаяся сосверхзвуковой скоростью тонкая переходная область, в которой происходит резкое увеличениеплотности, давления и скорости вещества.
Например, при взрыве взрывоопасныхвеществ образуются высоконагретые продукты, обладающие большой плотностью и находящиесяпод высоким давлением. В начальный момент они окружены покоящимся воздухом при нормальнойплотности и атмосферном давлении. Расширяющиеся продукты взрыва сжимают окружающийвоздух, причём в каждый момент времени сжатым оказывается лишь воздух, находящийсяв определённом объёме; вне этого объёма воздух остаётся в невозмущённом состоянии.С течением времени объём сжатого воздуха возрастает.
Классический пример возникновенияи распространения ударных волн — опыт по сжатию газа в трубе поршнем. Если поршеньвдвигается в газ медленно, то по газу со скоростью звука A бежит акустическая (упругая) волна сжатия. Если же скорость поршняне мала по сравнению со скоростью звука, возникает ударная волна. Расстояния междучастицами в ударной волне меньше, чем в невозмущённом газе, вследствие сжатия газа.Если поршень сначала вдвигают в газ с небольшой скоростью и постепенно ускоряют,то ударная волна образуется не сразу. Вначале возникает волна сжатия с непрерывнымираспределениями плотности R и давления P. С течением времени крутизна переднейчасти волны сжатия нарастает, так как возмущения от ускоренно движущегося поршнядогоняют её и усиливают, вследствие чего возникает резкий скачок всех гидродинамическихвеличин, то есть ударная волна. [2], [3]
Звук представляет собой колебанияплотности среды, распространяющиеся в пространстве. Уравнение состояния обычныхсред таково, что в области повышенного давления скорость звука (скорость распространениявозмущений) возрастает. Это неизбежно приводит к явлению опрокидывания решений,которые и порождают ударные волны.
В силу этого механизма, ударнаяволна в обычной среде — это всегда волна сжатия. Однако в тех системах, в которыхскорость распространения возмущений уменьшается с ростом плотности, будет наблюдатьсяударная волна разрежения.
Описанный механизм предсказываетнеизбежное превращение любой звуковой волны в слабую ударную волну. Однако в повседневныхусловиях для этого требуется слишком большое время, так что звуковая волна успеваетзатухнуть раньше, чем нелинейности становятся заметны. Для быстрого превращенияколебания плотности в ударную волну требуются сильные начальные отклонения от равновесия.Этого можно добиться либо созданием звуковой волны очень большой громкости, либомеханически, путём околозвукового движения объектов в среде. Именно поэтому ударныеволны возникают при взрывах, при сверхзвуковых движениях тел (течение газа, прикотором в рассматриваемой области скорости V его частиц больше местных значений скорости звука A), при мощных электрических разрядах ит.д.
Введение понятия ударной волныприписывают немецкому ученому Бернхарду Риману (1876).
Структура ударной волны
Типичная ширина ударной волныв воздухе – 10–4 мм (порядка нескольких длин свободного пробега молекул). Малаятолщина такой волны дает возможность во многих задачах считать ее поверхностью разрыва.Но в некоторых случаях имеет значение структура ударной волны. Такая задача представляети теоретический интерес. Для слабых ударных волн хорошее согласие эксперимента итеории дает модель, учитывающая вязкость и теплопроводность среды. Для ударных волндостаточно большой интенсивности структура должна учитывать (последовательно) стадииустановления термодинамического равновесия поступательных, вращательных, для молекулярныхгазов еще и колебательных степеней свободы, в определенных условиях – диссоциациюи рекомбинацию молекул, химические реакции, процессы с участием электронов (ионизацию,электронное возбуждение).
ударный волнавоздействие защита
1.1 Параметры УВ
Для характеристики ударной волны при взрыве газовоздушных смесей используютсяпараметры по своему физическому содержанию аналогичные параметрам ударной волныпри взрыве конденсированных взрывоопасных веществ.
Параметры ударной волны представлены в таблице 1.
Таблица 1
Параметры ударной волны ЯВ мощностью 30 Кт.Параметры Расстояние от центра взрыва (км) 0,5 0,75 1,0 1,5 2,0 2,5
Избыточное давление во фронте, кПа
Скорость фронта, м/с
Скорость воздуха во фронте, м/с
135 75 48 26 17 12
494 432 402 374 364 357
310 189 124 68 43 31
/>
Условия нафронте ударной волны
При переходе черезударную волну должны выполняться общие законы сохранения массы, импульса и энергии.Соответствующие условия на поверхности волны – непрерывность потока вещества, потокаимпульса и потока энергии:
/>,/>, />
– плотность,
u – скорость,
p – давление,
h – энтальпия, теплосодержание) газа. Индексом«0» отмечены параметры газа перед ударной волной, индексом «1» – за ней.
Эти условия носятназвание условий Ренкина – Гюгонио, поскольку первыми из опубликованных работ, гдебыли сформулированы эти условия, считаются работы британского инженера Вильяма Ренкина(1870) и французского баллистика Пьера Анри Гюгонио (1889).
Условия Ренкина– Гюгонио позволяют получить давление и плотность за фронтом ударной волны в зависимостиот начальных данных (интенсивности ударной волны и давления и плотности перед ней):
/>,
h – энтальпия газа.
1. Эта зависимость носит название адиабаты((от греч. adiábatos — непроходимый), линия, изображающая на любойтермодинамической диаграмме равновесный адиабатный процесс (т. е. процесс, происходящийбез теплообмена с окружающей средой) Гюгонио, или ударной адиабаты (рис. 1).
/>
Фиксируя на адиабатеточку, соответствующую начальному состоянию перед ударной волной, получаем все возможныесостояния за волной заданной интенсивности. Состояниям за скачками сжатия отвечаютточки адиабаты, расположенные левее выбранной начальной точки, за скачками разрежения– правее.
Анализ адиабатыГюгонио показывает, что давление, температура и скорость газа после прохожденияскачка сжатия неограниченно возрастают при увеличении интенсивности скачка. В этоже время плотность возрастает лишь в конечное число раз, сколь бы ни была великаинтенсивность скачка. Количественно увеличение плотности зависит от молекулярныхсвойств среды, для воздуха максимальный рост 6 раз. При уменьшении амплитуды ударнойволны она вырождается в слабый (звуковой) сигнал. [4]
2. Воздействия ударной волны на людей, здания,сооружения
В случае возникновения ударнойволны люди, здания, сооружения могут находиться под прямым или косвенным воздействиемударной волны. Прямое воздействие ударной волны на человека носит травматическийхарактер, а при воздействии на здания, сооружения — разрушительный характер.
Прямое воздействие ударнойволны на человека приводит к травматическим последствиям, тяжесть которых зависитот величины давления во фронте ударной волны. Все травмы подразделяются по степенитяжести на легкие, средние, тяжелые и крайне тяжелые.
Открыто расположенные людиполучают легкие травмы при избыточном давлении во фронте ударной волны 20–40 кПа.В этом случае человек может получить незначительные повреждения: ушибы, вывихи конечностей,временное повреждение слуха, легкие контузии.
Средние травмы человек получаетпри давлении 40–60 кПа, которые характеризуются серьезными контузиями, повреждениямислуха, кровотечением из носа и ушей, вывихами, переломами конечностей.
Тяжелые травмы наступают придавлении 60–100 кПа и характеризуются тяжелыми контузиями, значительными переломамиконечностей, сильным кровотечением из носа и ушей.
Крайне тяжелые травмы человекполучает при избыточном давлении более 100 кПа и такие травмы, как правило, оканчиваютсялетальным исходом.
Прямое воздействие избыточногодавления во фронте ударной волны и скоростной напор на здания, сооружения и т. д.приводит к их частичному или полному разрушению. Разрушения зданий, сооружений взависимости от величины давления могут быть слабыми, средними, сильными и полными.
Степень разрушенияпроизводственных комплексов в зависимости от избыточного давления может быть оцененаследующем образом:
1. Для промышленного здания с металлическимили железобетонным каркасом: при избыточном давлении 50...60кПа – сильное, 40...50кПа– среднее, 20...40кПа – слабое;
2. Для кирпичного многоэтажного здания состеклением: при избыточном давлении 20...30кПа – сильное, 10...20кПа – среднее,8..10кПа – слабое;
3. Для кирпичного одно- двухэтажного зданияс остеклением: при избыточном давлении 25...35кПа – сильное, 15...25кПа – среднее,8...15кПа – слабое;
4. Для приборных стоек: при избыточном давлении50...70кПа – сильное, 30...50кПа – среднее, 10...30кПа – слабое;
5. Для антенных устройств: при избыточномдавлении 40кПа – сильное, 20...40кПа – среднее, 10...20кпа – слабое;
6. Для открытых складов с железобетоннымперекрытием: при избыточном давлении 200кПа – сильное.
Косвенное воздействие ударнойволны происходит за счет действия на людей, здания, сооружения и другие объектыобломков (зданий, сооружений, падающих деревьев и др.), появляющихся в результатедействия прямой ударной волны.
Для уменьшения поражающегодействия ударной волны необходимо выполнять требования строительных норм и при строительствене допускать отклонений от проекта в сторону ухудшения прочностных характеристикдля удешевления строительства.
Под воздействием ударной волнысоздаются очаги поражения, разрушения, размеры которых зависят от мощности и видавзрыва, рельефа местности (рис. 2)
Граница очагапоражения на равнинной местности условно ограничивается радиусом с избыточным давлениемво фронте ударной волны 10 кПа (0,1 кгс/см). [5]
/>
3. Средства и способы защиты от ударных волн
Личный составзакрытых боевых постов (на примере корабля) защищен от воздействия скоростного напораударной волны самой конструкцией корабля. При нахождении на открытых боевых постахв целях ослабления воздействия ударной волны личный состав должен лечь на палубу,укрываясь надо тройкой, башней или другой материальной частью.
В береговых условияхдля защиты от ударной волны необходимо использовать окопы, рвы, траншеи и естественныеукрытия, а при их отсутствии лечь на землю ногами к взрыву. При таком положенииплощадь поверхности тела, испытывающая прямой удар волны, уменьшается в несколькораз и вследствие этого снижается действие скоростного напора.
На параметры ударнойволны заметное влияние оказывают рельеф местности, лесные массивы и растительность.На скатах, обращенных к взрыву с крутизной более 10°, давление увеличивается: чемкруче скат, тем больше давление. На обратных скатах возвышенностей имеет место обратноеявление. В лощинах, траншеях и других сооружениях земляного типа, расположенныхперпендикулярно к направлению распространения ударной волны, метательное действиезначительно меньше, чем на открытой местности. Давление в ударной волне внутри лесногомассива выше, а метательное действие меньше, чем на открытой местности. Это объясняетсясопротивлением деревьев воздушным массам, движущимся с большой скоростью за фронтомударной волны.
Укрытие личногосостава за холмами и насыпями, в оврагах, выемках и молодых лесах, использованиефортификационных сооружений, танков, БМП, БТР и других боевых машин снижает степеньего поражения ударной волной. Так, личный состав в открытых траншеях поражаетсяударной волной на расстояниях в 1,5 раза меньше, чем находящийся открыто на местности.Вооружение, техника и другие материальные средства от воздействия ударной волнымогут быть повреждены или полностью разрушены. Поэтому для их защиты необходимоиспользовать естественные неровности местности (холмы, складки и т. п.) и укрытия.
Поражающее действиеударной волны воздушного ядерного взрыва больше чем наземного той же мощности, таккак при воздушном взрыве дополнительно образуется отраженная волна, которая на некоторомудалении от взрыва сливается с прямой волной и, соответственно, избыточное давлениево фронте ударной волны увеличивается. [6]
Заключение
Таким образом, мы рассмотрелиодну из самых острых на сегодня тем – ударная волна. Мы определили понятие ударнойволны (область резкого сжатия среды, распространяющуюся в виде сферического слояот места взрыва со сверхзвуковой скоростью), ее параметры; выяснили, как она воздействуетна людей, здания, сооружения (прямое и косвенное воздействие + степени тяжести:легкие, средние, тяжелые и крайне тяжелые для людей и слабые, средние, сильные иполные для зданий и сооружений), и узнали о способах защиты от ударных волн.
Всю эту информацию крайненеобходимо знать не только профессионалу в области безопасности, но и любому другомучеловеку, обучающемуся в высшем учебном заведении. [1]
Лично для меня вопросы обударной волне очень важны, ведь я родилась и живу в Москве, а здесь, если не ежедневно,то, как минимум раз в месяц, происходят или террористические акты или страшные аварии,последствиями которых могут стать ударные волны. И если я хочу выжить, то мне простонеобходимо все это знать.
Список использованной литературы
1. Вишняков Я.Д., Вагин В.И., ОвчинниковВ.В., Стародубец А.Н. Безопасность жизнедеятельности: защита населения и территорийв чрезвычайных ситуациях. М., Академия, 2006.
2. Большая Советская Энциклопедия (БСЭ).М., Большая Российская энциклопедия, 1981.
3. Онлайн энциклопедия «Кругосвет».
4. Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П. Физика ударныхволн и высокотемпературных гидродинамических явлений. М., «Наука», 1966.
5. Воздвиженский Ю.М. Безопасность жизнедеятельностина предприятиях связи в чрезвычайных ситуациях. Учебное пособие. Санкт-Петербург,2008.
6. www.gr-obor.narod.ru (автор статьи: Кульпинов С., 2003).