Полная энергия, которая выделяется при взрыве, по традиции называется мощностью взрыва, хотя правильнее было бы назвать эту величину энергией взрыва. Численное значение мощности взрыва обычно указывают в тротиловом эквиваленте, который имеет смысл массы тротила, при взрыве которого выделяется такое же количество энергии. Например, мощность взрыва при падении 15 февраля 2013 года Челябинского метеорита составила в тротиловом эквиваленте около 500 кт (килотонн) по оценкам NASA и примерно 150 кт по оценкам РАН. На основании усредненных экспериментальных данных принято, что энергия, выделяющаяся при взрыве одного грамма тротила, равна $Q = 1 ккал = 4184 Дж$. Таким образом, мощность взрыва при падении Челябинского метеорита была порядка $10^{15} Дж$.
В данной задаче предлагается оценить мощность взрыва воздушного шарика и определить критические параметры резины, из которой он изготовлен. Атмосферное давление $p_{0} = 760 мм рт.ст. = 10^{5} Па$.
1) Снимите зависимость избыточного давления $\Delta p$ в шарике от его объема $V$ и изобразите результаты на графике.
2) Определите критические избыточное давление $\Delta p_{max}$ и объем $V_{max}$ шарика, при которых он лопается.
3) Оцените энергию $W_{упр}$ упругой деформации оболочки в момент взрыва шарика.
4) Оцените энергию $W_{воз}$ ударной воздушной волны, возникающей из-за резкого расширения воздуха в шарике (без учета влияния оболочки).
5) Вычислите общую мощность взрыва $W$ шарика в тротиловом эквиваленте и доли $\eta_{упр}$ и $\eta_{воз}$ каждой из найденных выше составляющих.
6) Оцените максимальную относительную деформацию £max и максимальное механическое напряжение о резины, из которой изготовлен шарик.
Оборудование: три воздушных шарика, имеющих форму сосиски, груша или маленький поршневой насос известного объема, медицинский манометр, тройник, соединительные трубки, миллиметровая бумага, бумажный метр, штангенциркуль, ножницы, скотч, беруши (вставлять в уши).
Подробнее