порожденное взрывом движение среды. Под воздействием высокого давления газов, образовавшихся при взрыве, первоначально невозмущённая среда испытывает резкое сжатие и приобретает большую скорость. Состояние движения передаётся от одного слоя среды к другому так, что область, охваченная В. в., быстро расширяется. На фронте расширяющейся области среда скачком переходит из исходного невозмущённого состояния в состояние движения с более высокими давлением, плотностью и температурой. Происходящее скачком изменение состояния среды - Ударная волна - распространяется со сверхзвуковой скоростью.

В. в. характеризуется изменением давления, плотности и скорости среды с течением времени в различных точках пространства или распределением этих величин в пространстве в фиксированные моменты времени.

Одним из важных параметров, определяющих механическое действие В. в., служит создаваемое волной максимальное давление. При взрывах в газообразных и жидких средах максимальное давление достигается в момент сжатия среды в ударной волне. Др. важным параметром является интервал времени действия В. в. По мере удаления от места взрыва максимальное давление уменьшается, а время действия увеличивается (рис. 1).

При распространении В. в. в твердых средах ударный фронт сравнительно быстро исчезает, и В. в. превращается в ряд последовательных быстро затухающих колебаний, распространяющихся со скоростью упругих волн.

В. в. обладают свойством подобия. В соответствии с этим свойством при взрывах зарядов химического взрывчатого вещества одинаковой формы, но различной массы, расстояния, на которых максимальное давление во В. в. имеет одно и то же значение, относятся между собой как кубические корни из масс зарядов. В том же отношении изменяется интервал времени действия В. в. Например, если увеличить расстояния и интервал времени, приведённые на рис. 1, в 10 раз, то такая В. в. будет соответствовать взрыву уже не 1 кг, а 1 т тринитротолуола (тротила).

В. в. имеет тенденцию к быстрой утрате особенностей, обусловленных природой взрыва, так что её последующее движение в основном определяется лишь величиной энергии, передаваемой окружающей среде. Благодаря этому обстоятельству В. в., порожденные в одной и той же среде взрывами разного типа, в основных чертах оказываются подобными, что позволяет ввести для характеристики взрывов так называемый Тротиловый эквивалент.

Распространяющаяся В. в. затрачивает на нагревание среды вблизи очага взрыва значительную часть своей механической энергии. Например, на расстоянии 10 км воздушная В. в., порожденная взрывом 1000 т химического взрывчатого вещества, содержит примерно 10\% первоначальной энергии взрыва, а при ядерном взрыве той же энергии - вдвое меньше (из-за бо́льших потерь на нагревание воздуха). Максимальное повышение давления в волне для указанных значений расстояния и энергии взрыва измеряется сотнями н/м² (тысячными долями кгс/см²). На больших расстояниях В. в. представляет собой звуковую волну (или упругую волну в твёрдой среде).

Звуковые волны в атмосфере (или упругие волны в земной коре), порождённые взрывами достаточно большой энергии, могут быть зарегистрированы специальными приборами (микробарографами, Сейсмографами и др.) на очень больших расстояниях. Например, при взрывах с энергией порядка 10¹³ дж (несколько тысяч т тринитротолуола) волны регистрируются на расстояниях в нескольких тысяч км, а при энергиях взрывов Взрывная волна 10¹⁶ дж (нескольких млн. т) - практически в любой точке земного шара. На таких больших расстояниях В. в. представляет собой длинную последовательность колебаний атмосферного давления (или колебаний почвы - при подземных взрывах) очень низкой частоты (рис. 2).

Лит.: Расчет точечного взрыва с учетом противодавления, М., 1957; Седов Л. И., Методы подобия и размерности в механике, 4 изд., М., 1957; Ляхов Г. М., Покровский Г. И., Взрывные волны в грунтах, М., 1962; Губкин К. Е., Распространение взрывных волн, в сб.: Механика в СССР за 50 лет, т. 2, М., 1970.

К. Е. Губкин.

Изменение давления со временем в воздушной взрывной волне на расстояниях 1 м, 2,7 м и 11 м от центра взрыва сферического заряда тринитротолуола массой 1 кг.

Запись колебаний атмосферного давления в воздушной волне на расстоянии 11 500 км от места взрыва с энергией 1016 дж. Волна пробегает такое расстояние примерно за 10 ч.

скачок уплотнения, распространяющаяся со сверхзвуковой скоростью тонкая переходная область, в которой происходит резкое увеличение плотности, давления и скорости вещества. У. в. возникают при взрывах, при сверхзвуковых движениях тел (см. Сверхзвуковое течение), при мощных электрических разрядах и т.д. Например, при взрыве ВВ образуются высоконагретые продукты взрыва, обладающие большой плотностью и находящиеся под высоким давлением. В начальный момент они окружены покоящимся воздухом при нормальной плотности и атмосферном давлении. Расширяющиеся продукты взрыва сжимают окружающий воздух, причём в каждый момент времени сжатым оказывается лишь воздух, находящийся в определённом объёме; вне этого объёма воздух остаётся в невозмущённом состоянии. С течением времени объём сжатого воздуха возрастает. Поверхность, которая отделяет сжатый воздух от невозмущённого, и представляет собой У. в. (или, как говорят, - фронт У. в.).

Классический пример возникновения и распространения У. в. - опыт по сжатию газа в трубе поршнем. Если поршень вдвигается в газ медленно, то по газу со скоростью звука а бежит акустическая (упругая) волна сжатия. Если же скорость поршня не мала по сравнению со скоростью звука, возникает У. в. Скорость распространения У. в. по невозмущённому газу u_В = (x_ф2 - x_ф1) /(t₂ -t₁) (рис. 1) больше, чем скорость движения частицы газа (так называемая массовая скорость), которая совпадает со скоростью поршня u = (x_П2 - x_П1) /(t₂ -t₁). Расстояния между частицами в У. в. меньше, чем в невозмущённом газе, вследствие сжатия газа. Если поршень сначала вдвигают в газ с небольшой скоростью и постепенно ускоряют, то У. в. образуется не сразу. Вначале возникает волна сжатия с непрерывными распределениями плотности ρ и давления р. С течением времени крутизна передней части волны сжатия нарастает, так как возмущения от ускоренно движущегося поршня догоняют её и усиливают, вследствие чего возникает резкий скачок всех гидродинамических величин, то есть У. в.

Законы ударного сжатия. При прохождении газа через У. в. его параметры меняются очень резко и в очень узкой области. Толщина фронта У. в. имеет порядок длины свободного пробега молекул, однако при многих теоретических исследованиях можно пренебречь столь малой толщиной и с большой точностью заменить фронт У. в. поверхностью разрыва, считая, что при прохождении через неё параметры газа изменяются скачком (отсюда название "скачок уплотнения"). Значения параметров газа по обе стороны скачка связаны следующими соотношениями, вытекающими из законов сохранения массы, импульса и энергии:

ρ₁u₁ = ρ₀u₀р₁ + ρ₁u₁² = р₀ + ρ₀u₀²,

ε₁ + р₁ / ρ₁ + u₁² / 2 = ε₀ + р₀ / ρ₀ + u₀² / 2, (1)

где p₁ - давление, ρ₁ - плотность, ε₁ - удельная внутренняя энергия, u₁ - скорость вещества за фронтом У. в. (в системе координат, в которой У. в. покоится), а p₀, ρ₀, ε₀, u₀ - те же величины перед фронтом. Скорость u₀ втекания газа в разрыв численно совпадает со скоростью распространения У. в. u _В по невозмущённому газу. Исключая из равенств (1) скорости, можно получить уравнения ударной адиабаты:

ε₁ - ε₀ = (p₁ + p₀) (V₀ - V₁),

ω₁ - ω₀ = (p₁ - p₀) (V₀ + V₁), (2)

где V = 1/ρ - удельный объём, ω = ε + p /ρ - удельная энтальпия. Если известны термодинамические свойства вещества, то есть функции ε(р,ρ) или ω(p, ρ), то ударная адиабата даёт зависимость конечного давления p₁ от конечного объёма V₁ при ударном сжатии вещества из данного начального состояния p₀, V₀, то есть зависимость p₁ = H (V₁, p₀, V₀).

При переходе через У. в. энтропия вещества S меняется, причём скачок энтропии S₁ - S₀ для данного вещества определяется только законами сохранения (1), которые допускают существование двух режимов: скачка сжатия (ρ₁ > ρ₀, p₁ > p₀) и скачка разрежения (ρ₁ < ρ₀, p₁ < p₀). Однако в соответствии со вторым началом термодинамики (См. Второе начало термодинамики) реально осуществляется только тот режим, при котором энтропия возрастает. В обычных веществах энтропия возрастает только в У. в. сжатия, поэтому У. в. разрежения не реализуется (теорема Цемплена).

У. в. распространяется по невозмущённому веществу со сверхзвуковой скоростью u ₀ > a₀ (где a₀ - скорость звука в невозмущённом веществе) тем большей, чем больше интенсивность У. в., то есть чем больше (p₁ - p₀)/ p₀. При стремлении интенсивности У. в. к 0 скорость её распространения стремится к a₀. Скорость У. в. относительно сжатого газа, находящегося за ней, является дозвуковой: u₁ < a₁ (a₁- скорость звука в сжатом газе за У. в.).

У. в. в идеальном газе с постоянной теплоёмкостью. Это наиболее простой случай распространения У. в., так как уравнение состояния имеет предельно простой вид: ε = р /ρ(γ-1), р = RρT /μ, где γ = c_p/c_v - отношение теплоёмкостей при постоянных давлении и объёме (так называемый показатель адиабаты), R - универсальная газовая постоянная, μ - молекулярный вес. уравнение ударной адиабаты можно получить в явном виде:

. (3)

Ударная адиабата, или адиабата Гюгоньо Н, отличается от обычной адиабаты Р (адиабаты Пуассона), для которой p₁/p₀ = (V₀/V₁)^γ (рис. 2). При ударном сжатии вещества для данного изменения V необходимо большее изменение р, чем при адиабатическом сжатии. Это является следствием необратимости нагревания при ударном сжатии, связанного, в свою очередь, с переходом в тепло кинетической энергии потока, набегающего на фронт У. в. В силу соотношения

u₀² = V₀²(р₁- р₀) / (V₀ - V₁), следующего из уравнений (1), скорость У. в. определяется наклоном прямой, соединяющей точки начального и конечного состояний (рис. 2).

Параметры газа в У. в. можно представить в зависимости от Маха числа (См. Маха число) М = u_в /а₀

,

, (4)

.

В пределе для сильных У. в. при М → ∞; p₁/p₀ → ∞ получается:

, ,

,

Таким образом, сколь угодно сильная У. в. не может сжать газ более чем в (γ + 1)/(γ - 1) раз. Например, для одноатомного газа γ = и предельное сжатие равно 4, а для двухатомного (воздух) - γ = и предельное сжатие равно 6. Предельное сжатие тем выше, чем больше теплоёмкость газа (меньше γ).

Вязкий скачок уплотнения. Необратимость ударного сжатия свидетельствует о наличии диссипации механической энергии во фронте У. в. Диссипативные процессы можно учесть, приняв во внимание вязкость и теплопроводность газа. При этом оказывается, что сам скачок энтропии в У. в. не зависит ни от механизма диссипации, ни от вязкости и теплопроводности газа. Последние определяют лишь внутреннюю структуру фронта волны и его толщину. В У. в. не слишком большой интенсивности все величины - u, р, ρ и Т монотонно изменяются от своих начальных до конечных значений (рис. 3). Энтропия же S меняется не монотонно и внутри У. в. достигает максимума в точке перегиба скорости, то есть в центре волны. Возникновение максимума S в волне связано с существованием теплопроводности. Вязкость приводит только к возрастанию энтропии, так как благодаря ей происходит рассеяние импульса направленного газового потока, набегающего на У. в., и превращение кинетической энергии направленного движения в энергию хаотического движения, то есть в тепло. Благодаря же теплопроводности тепло необратимым образом перекачивается из более нагретых слоев газа в менее нагретые.

У. в. в реальных газах. В реальном газе при высоких температурах происходят возбуждение молекулярных колебаний, диссоциация молекул, химические реакции, ионизация и т.д., что связано с затратами энергии и изменением числа частиц. При этом внутренняя энергия ε сложным образом зависит от р и ρ и параметры газа за фронтом У. в. можно определить только численными расчётами по уравнениям (1), (2).

Для перераспределения энергии газа, сжатого и нагретого в сильном скачке уплотнения, по различным степеням свободы требуется обычно очень много соударений молекул. Поэтому ширина слоя Δх, в котором происходит переход из начального в конечное термодинамически равновесное состояние, то есть ширина фронта У. в., в реальных газах обычно гораздо больше ширины вязкого скачка и определяется временем релаксации (См. Релаксация) наиболее медленного из процессов: возбуждения колебаний, диссоциации, ионизации и т.д. Распределения температуры и плотности в У. в. при этом имеют вид, показанный на рис. 4, где вязкий скачок уплотнения изображен в виде разрыва.

В У. в., за фронтом которых газ сильно ионизован или которые распространяются по плазме (См. Плазма), ионная и электронная температуры не совпадают. В скачке уплотнения нагреваются только тяжёлые частицы, но не электроны, а обмен энергии между ионами и электронами происходит медленно вследствие большого различия их масс. Релаксация связана с выравниванием температур. Кроме того, при распространении У. в. в плазме существенную роль играет электронная теплопроводность, которая гораздо больше ионной и благодаря которой электроны прогреваются перед скачком уплотнения. В электропроводной среде в присутствии внешнего магнитного поля распространяются магнитогидродинамические У. в. Их теория строится на основе уравнений магнитной гидродинамики аналогично теории обычных У. в.

При температурах выше нескольких десятков тысяч градусов на структуру У. в. существенно влияет лучистый теплообмен. Длины пробега световых квантов обычно гораздо больше газокинетических пробегов, и именно ими определяется толщина фронта. Все газы непрозрачны в более или менее далёкой ультрафиолетовой области спектра, поэтому высокотемпературное излучение, выходящее из-за скачка уплотнения, поглощается перед скачком и прогревает несжатый газ. За скачком газ охлаждается за счёт потерь на излучение. В этом случае ширина фронта - порядка длины пробега излучения (Ударная волна 10² - 10^-1 см в воздухе нормальной плотности). Чем выше температура за фронтом, тем больше поток излучения с поверхности скачка и тем выше температура газа перед скачком. Нагретый газ перед скачком не пропускает видимый свет, идущий из-за фронта У. в., экранируя фронт. Поэтому яркостная температура У. в. не всегда совпадает с истинной температурой за фронтом.

У. в. в твёрдых телах. Энергия и давление в твёрдых телах имеют двоякую природу: они связаны с тепловым движением и с взаимодействием частиц (тепловые и упругие составляющие). Теория между частичных сил не может дать общей зависимости упругих составляющих давления и энергии от плотности в широком диапазоне для разных веществ и, следовательно, теоретически нельзя построить функцию ε(р /ρ). Поэтому ударные адиабаты для твёрдых (и жидких) тел определяются из опыта или полуэмпирически. Для значительного сжатия твёрдых тел нужны давления в миллионы атмосфер, которые сейчас достигаются при экспериментальных исследованиях. На практике большое значение имеют слабые У. в. с давлениями 10⁴ - 10⁵ атм. Это давления, которые развиваются при детонации, взрывах в воде, ударах продуктов взрыва о преграды и т.д. Повышение энтропии в У. в. с такими давлениями невелико, и для расчёта распространения У. в. обычно пользуются эмпирическим уравнением состояния типа р = А [(ρ/ρ₀) ⁿ - 1], где величина А, вообще говоря, зависящая от энтропии, так же, как и n, считается постоянной. В ряде веществ - железе, висмуте и др. в У. в. происходят фазовые переходы - полиморфные превращения. При небольших давлениях в твёрдых телах возникают Упругие волны, распространение которых, как и распространение слабых волн сжатия в газах, можно рассматривать на основе законов акустики.

Лит.: Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М., Механика сплошных сред, 2 изд., М., 1953; Зельдович Я. Б., Райзер Ю. П., Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений, 2 изд., М., 1966; Ступоченко Е. В., Лосев С. А., Осипов А. И., Релаксационные процессы в ударных волнах, М., 1965.

Ю. П. Райзер.

Рис. 1. Схема движения поршня П, распределения плотности ρ и местоположения фронта ударной волны Ф.

Рис. 2. Ударная адиабата Н и адиабата Пуассона Р, проходящие через общую начальную точку А исходного состояния.

Рис. 3. Распределение а - скорости, б - давления, в - энтропии в вязком скачке уплотнения с числом М = 2 в газе.

Рис. 4. Распределение а - температуры и б - плотности в ударной волне, распространяющейся в реальном газе.

в технике, то же, что Термический удар.

тепловая лихорадка, острое заболевание человека и животных, обусловленное расстройствами терморегуляции при длительном воздействии на организм высокой температуры внешней среды. У человека может развиться при работе в горячем цеху (например, у литейщиков, сталеваров), на открытом воздухе в районах с жарким климатом, во время длительного перехода в жаркое время дня и т. д. Возникновению Т. у. способствуют нарушения теплообмена при сердечно-сосудистых заболеваниях, болезнях щитовидной железы, ожирении, обезвоживании (понос, рвота). Т. у. легко возникает у детей до года в связи с несовершенной теплорегуляцией. Различают лёгкую, среднюю и тяжёлую формы Т. у. При лёгкой форме отмечаются слабость, головная боль, тошнота, учащение пульса. Резкая слабость, состояние оглушённости, обморок, рвота, повышение температуры тела до 39-40 °С свидетельствуют о Т. у. средней тяжести. При продолжающемся воздействии температурного фактора внезапно развивается тяжёлая форма поражения с потерей сознания, судорогами, учащённым, поверхностным дыханием, ослаблением кровообращения, повышением температуры тела до 41-42 °С. Возможен смертельный исход.

Первая помощь - вынос пострадавшего из жаркого помещения, холодные обтирания, питье холодной воды (при сохраненном сознании); при тяжёлом Т. у. пострадавший должен лежать на боку, чтобы не было вдыхания рвотных масс; при необходимости применяют закрытый Сердца массаж, искусственное дыхание способом изо рта в рот или изо рта в нос; Реанимация в стационаре включает общую гипотермию, предупреждение осложнений (отёка мозга и лёгких). Профилактика: предварительные и периодические медицинские осмотры лиц. работающих в условиях высокой температуры; соблюдение санитарно-гигиенических требований к условиям труда в горячих цехах, к одежде и к организации длит. переходов в жаркий период. См. также Солнечный удар.

Лит.: Руководство по гигиене труда, т. 1, М., 1965; Руководство по тропическим болезням, 3 изд., М., 1974.

У животных Т. у. возникает при длительном пребывании в помещениях с высокой температурой, скученном содержании и плохой вентиляции, транспортировке или перегонах, работе в жаркое время дня. Проявляется угнетением (вначале возможно возбуждение), потением, одышкой, частым пульсом, повышением температуры тела, шаткостью движений, иногда судорогами. Лечение: больных животных помещают в прохладное помещение или затенённое место; на область головы применяют холод, вводят сердечные средства, при признаках отёка лёгких делают кровопускание. Профилактика: соблюдение правил содержания, транспортировки и эксплуатации животных.