ВЗРЫВ БЕЗ ГРАММА ТРОТИЛА, или Кумулятивный эффект в простых опытах

Юный техник 1992 №10

О кумулятивном эффекте мы писали неоднократно. Вкратце напомним: кумулятивное действие - это явление концентрации взрыва по заданному направлению. В заряде взрывчатого вещества делают выемку, поверхность которой покрывают металлической облицовкой. При взрыве облицовка сильно сжимается, причем металл под влиянием высокого давления приобретает свойства жидкости. В результате из сжавшейся оболочки выбрасывается тонкая металлическая струя со скоростью 12-16 км/с. Плотность энергии в струе сравнима с плотностью энергии ядерного взрыва. Неудивительно, что она способна прожечь даже очень толстую броню.

Сегодня мы предлагаем вашему вниманию несколько опытов, которые помогут вам поэкспериментировать с кумулятивным эффектом, но, заметим, без единого грамма взрывчатки.

Вспомните, если шлепнуть рукой по воде, а ладонь повернуть под углом, рождается тонкая сильная струя... А располагая школьным штативом и простейшим приспособлением, состоящим из стержня с лопаткой, можно поставить еще более научный опыт, а по дальности «выстрела» определить скорость струи. Нетрудно вычислить, и с какой скоростью лопатка коснулась воды (ведь мы сами выбираем высоту падения стержня), тем самым можно узнать, во сколько умножается скорость за счёт удивительного эффекта кумуляции, а именно в 10 - 15 раз, как и при настоящих взрывах.

Действие бронебойного кумулятивного заряда, пробивающего броню

Бронебойный кумулятивный заряд. При его взрыве образуется струя металла, движущаяся со скоростью в десятки км/с

Простой и красивый опыт можно провести с быстрым погружением в воду воронки. Только не очень увлекайтесь: струя запросто достигает потолка. А происходит вот что: стенки движущейся воронки создают поток воды, сходящийся к её оси. Сталкиваясь, струи жидкости замедляются, и, как следствие, давление возрастает. Будучи приложено к небольшому количеству воды в горле воронки, она сообщает ему значительную скорость. А вся суть эффекта в том, что энергия медленно движущегося потока с большой массой передается потоку, имеющему массу меньшую, но зато его скорость получается в несколько раз большей.

Удар по поверхности воды наклонной лопаткой пораждает кумулятивный эффект

Простейший способ получения кумулятивного эффекта без взрыва - удар по поверхности воды наклонной лопаткой. Зная скорость лопатки, угол и дальность полета водяных капель, можно подсчитать их скорость.

Проделанные нами опыты с лопаткой или воронкой дают пищу для размышления над импульсными гидравлическими насосами для подачи небольших масс жидкости под большим давлением. Это одно из «белых пятен» в современной технике. Если бы создать насос, способный впрыснуть в цилиндр мотовелосипедного двигателя один кубический миллиметр бензина за один ход поршня, да под давлением 4-5 мПа, то мы могли бы за одну заправку бака проехать не менее 1000 км. Здорово, не так ли? Только решить эту задачу путем грубого уменьшения обычного топливного насоса не удаётся - его очень трудно сделать даже в единственном экземпляре. Хитроумные гидродинамические эффекты помогут нам разобраться в этом деле.

Получение кумулятивной струи с помощью воронки

Быстро опуская воронку в воду, можно получить кумулятивную струю, бьющую под потолок.

Вот еще один любопытный опыт, где проявляется все тот же кумулятивный эффект. Бросьте в воду шарик. Повторив опыт несколько раз, заметите, а вернее - почувствуете, что шарик оставляет после себя в воде воронку. Стенки ее схлопываются, и вверх вздымается тонкая, похожая на иглу струйка воды. Но здесь есть одна тонкость. Даже столь очевидный эффект в опытах удаётся не всегда. Оказывается, поверхность шарика следует покрыть жиром.

Гидравлический удар

Гидравлический удар - явление, внешне похожее на кумулятивный эффект.

Падение шарика в воду приводит к возникновению кумулятивной струи

Возникновение кумулятивной струи при падении шарика в воду.

Аналогичное явление возникает и при падении в воду капли воды. Любопытно, что на вершине кумулятивной струи (это видно на снимках) образуются мельчайшие капельки. Из-за своих малых размеров они способны парить в воздухе, словно пылинки. Этот красивый эффект применяют при строительстве фонтанов. Но вот американские ученые обнаружили, что он же имеет место и при смывании... унитаза, благодаря чему содержимое в микроскопических дозах оказывается в воздухе. Врачи в этом видят один из каналов распространения опасных болезней, а инженеры - прекрасный повод для размышлений. В Британском музее портреты изобретателя паровой машины и изобретателя унитаза Брамы находятся рядом. Их рассматривают как величайших благодетелей человечества, и неизвестно, кто важнее...

Однако давайте лучше поэкспериментируем со взрывами. И сразу же ответим на «коронный» вопрос многих писем, поступающих в редакцию: «Можно ли сделать дома взрывчатые вещества?» Отвечаем: «Можно, но остаться в живых при этом нельзя!» Впрочем, главная задача взрывчатки - выделение механической энергии с большой скоростью и в заданном объёме. Например, тротил способен выделять около 2000 кДж механической энергии на кубический сантиметр. Мы с вами, ничем не рискуя, проведём опыты с веществом, по крайней мере в десять раз более мощным. Это... плазма, которая образуется после электрического разряда в воде. Итак, соберем установку, схема которой показана на рисунке. Она состоит из конденсатора (1-3 тыс. пФ, 24 кВ), пластмассовой кюветы с дистиллированной водой и двух разрядников. Конденсатор соединяем с высоковольтным источником «Разряд-1» или электростатической машиной. По мере зарядки конденсатора разность потенциалов на электродах с воздушным промежутком растёт, и происходит саморазряд. Возникающий импульс тока создает разряд между электродами, находящимися в воде. Создаваемый им эффект равноценен миниатюрному взрыву сверхмощного взрывчатого вещества. Предупреждаем: увеличение ёмкости конденсатора ничего принципиально нового к наблюдаемым эффектам не прибавляет, зато работать с установкой становится опасно.

Искровой разряд создаёт кумулятивную струю в трубке с водой

Искровой разряд - маленький электрический взрыв в воде способен создать кумулятивную струю в трубке с водой.

Производя разряды на глубине 5-10 мм, можно наблюдать водяные султаны, похожие на волну от взрыва глубинной бомбы. Попробуйте собрать устройство с разрядным промежутком в кусочке прозрачного шланга. Вводы проводов загерметизируйте пластилином. Закрепив устройство в штативе, наполните его водой и произведите разряд. Образованный водой мениск схлопнется, и высоко под потолок брызнет тонкая кумулятивная струя.

Электрическая схема для получения подводных электрических разрядов

Электрическая цепь для получения подводных электрических разрядов: источник высокого напряжения, конденсатор и два разрядных устройства. Одно из них, с воздушным разрядным промежутком около двух сантиметров, служит для формирования импульса. Проходя через воду, электрический импульс создаст во втором разрядном устройстве с промежутком 1-2 мм взрывоподобный эффект. Все проводники, погруженные в воду, должны иметь хорошую изоляцию!

Можно предложить немало различных устройств, в которых без участия взрывчатого вещества возникает кумулятивный эффект. В наших опытах последствия его были абсолютно безопасны для окружающих по одной лишь причине - ничтожно малой энергии процессов. Но когда на их основе будут созданы устройства для дробления камней или другие подобные им, требующие больших энергий, то они станут опасными, хоть и нет в них никакого взрывчатого вещества. Впрочем, и отбойный молоток или металлорежущий станок также требуют обращения только на «вы».

А. САВЕЛЬЕВ

От редакции: Если вы хотите поэкспериментировать с кумулятивным эффектом, советуем прочесть книгу В. В. Майера «Кумулятивный эффект в простых опытах». Она выпущена издательством «Наука» в 1989 году.

BACK