Шелест гранаты. Издание второе, переработанное и дополненное

Александр Борисович Прищепенко Шелест гранаты

1 Манящий запах пороха

…Момент был сочтен удачным: родители были заняты застольными разговорами. Достав малую саперную лопатку, я начал копать недалеко от подсобки. Земля поддавалась легко. Наконец, когда ямка достигла глубины штыка лопатки, я достал коробочку из-под духов, где, завернутые в фольгу, лежали примерно 100 граммов ДНДАФ[1] — результат недельных химических опытов.

ДНДАФ — стойкий краситель: кожа рук более недели после завершения «производства» не теряла грязно-коричневый оттенок, который нельзя было соскрести даже пемзой. Но целью являлось, конечно же, не получение красителя: ДНДАФ был мощным взрывчатым веществом (ВВ), причем инициирующим — взрывался даже от слабой искры. В развернутую фольгу была помещена лампочка от карманного фонаря с разбитым баллоном и спиралью, обмазанной размягченной в ацетоне и затем высушенной пороховой смесью. Два провода, ведущих к лампочке, были прокинуты в сторону от «шахты», которая была засыпана и тщательно утрамбована. Мелькнула мысль положить сверху еще и тяжелый камень, но ангел-хранитель и лень не допустили такой глупости: при неблагоприятном стечении обстоятельств камень мог бы и «заплясать» на голове «руководителя испытаний». Наконец, я лег на землю в десятке метров от «шахты», взял в одну руку фотоаппарат, а пальцем другой (с намотанным на него проводом) стал нащупывать контакт батарейки…

Рис. 1.1 Неудавшийся «камуфлет»

…Контакт был замкнут неожиданно: внезапный сильный удар по ушам оглушил, он же вызвал судорогу пальца на спуске фотоаппарата (рис. 1.1). Не было никакого протяжного гула, «как в кино». Вверх взлетела туча дыма, песка и какие-то ошметки.

Задуманный камуфлет — подземный взрыв без выброса газообразных продуктов на поверхность — явно таковым не получился. Ни с чем не сравнимый запах этих газов щипал ноздри и легкие. Мне суждено было вдохнуть его тысячи раз…

… По ушам «руководителю испытаний» хлопнула тогда ударная волна, а в шахте произошла детонация. Эти явления тесно связаны.

Движение поршня, как и любое другое, можно представить как последовательность очень малых перемещений. Каждое из них формирует возмущение: чуть-чуть поджимает газ впереди себя и сообщает сжатой массе скорость поршня (рис. 1.2). В этой слабой (акустической) волне, скорость фронта равна скорости звука, но в сжатом газе скорость звука больше, чем в несжатом, и, поскольку дальнейшие возмущения пойдут по сжатому, они будут иметь большую скорость. Кроме того, сам сжатый газ движется со скоростью поршня и, следовательно, относительно цилиндра скорость второй волны равна сумме скоростей: поршня и увеличенной — звука. Эта сумма и подавно превосходит скорость первого возмущения, поэтому вторая волна сжатия непременно догонит первую и усилит ее. Но перегнать ее она не сможет, так как для этого ей пришлось бы перейти в несжатый газ, где скорость распространения возмущения опять равна начальной скорости звука. Таким образом, поршень погонит удаляющуюся от него волну сжатия увеличивающейся амплитуды, которая образуется в результате слияния отдельных слабых возмущений. Со временем, количество перейдет в качество: на фронте волны образуется резкий скачок уплотнения, в котором будет расти давление — до сколь угодно больших значений, в зависимости от скорости поршня. Такое резкое, происходящее на расстоянии порядка длины свободного пробега молекул изменение параметров вещества — и называется ударной волной.

Рис. 1.2

Вверху: образование ударной волны поршнем, вдвигаемым в цилиндр с газом (в «красной» области — ударно-сжатый, нагретый и более плотный газ). Внизу: ударно-волновой процесс в конденсированном веществе. Срабатывание электродетонатора (его провода видны в правой части снимка) привело к формированию в заряде динамита ударной волны, за которой последовала химическая реакция (произошла детонации этого мощного взрывчатого состава)

В сформировавшейся УВ все параметры связаны взаимнооднозначным соответствием. Иными словами: для идентичных начальных условий невозможно сформировать волны, например, с одинаковыми скоростями, но разными давлениями во фронте или температурами. Это существенно упрощает многие эксперименты: достаточно измерить скорость или любую другую характеристику УВ — и остальные ее параметры можно определить по таблицам. Правда, подобное справедливо лишь для однократного ударного сжатия вещества. Если же оно сжимается несколькими волнами — тут возможны варианты.

УВ не только сжимает, она также и нагревает вещество, из-за чего плотность сжатого вещества не становится сколь угодно большой при неограниченном росте давления, а стремится к конечному пределу (воздух, например, сжимается не более чем в 6 раз). Предел ударного сжатия существует и для конденсированных веществ, а, поскольку сжатие конечно, массовая скорость вещества (скорость поршня) всегда меньше скорости фронта (рис. 1.3).

Рис. 1.3