7.3. Ударные волны в воде

В результате взрыва заряда ВВ в однородной водной среде (далеко от дна и от поверхности) в воде возникает пузырь из нагретых сжатых газов, давление которых будет значительно выше давления в окружающей среде. Расширяясь, газы образуют в воде ударную волну, также как это имеет место в воздухе. Понятно, что свойства ударных волн и их характеристики должны зависеть от свойств среды.

По мере расширения пузыря давление в нем быстро падает. В некоторый момент времени давление в газовом пузыре сравнивается с давлением в окружающей среде, но расширение на этом не заканчивается. Вода, примыкающаяся к газовому пузырю, имея значительную скорость, некоторое время будет двигаться по инерции, растягивая пузырь. После того, как движение воды прекратиться, давление в пузыре будет меньше, чем давление в окружающей среде; газовый пузырь начнет сжиматься, опять пройдет положение равновесия и, таким образом, будет некоторое время пульсировать. Такую пульсацию можно заметить также при взрыве в воздухе, однако, в воде из-за большей плотности и больших сил инерции это явление особенно рельефно. Пульсирующий пузырь начинает двигаться вверх, как бы «всплывая» в воде.

Для воды характерно сравнительно высокое значение скорости звука С_о  1500 м/с. Скорость УВ в воде, уменьшаясь по мере распространения, быстро достигает значения скорости звука и волна приобретает «акустический» характер, хотя давление в ней могут быть еще значительными.

Так, если рассмотреть УВ в воде с чрезвычайно большим давлением на фронте ₁ = 5000 кг/см², то за фронтом такой волны будет поток воды со значительной скоростью  = 250 м/с. Волна будет распространяться со скоростью Д = 1975 м/с, значительно превышающей скорость звука. Но если давление на фронте ударной волны в воде снизиться до величины 250 кг/см², которая еще весьма значительна, то такая волна будет иметь скорость потока за фронтом всего лишь  = 15 м/с и скорость ее распространения окажется практически равный скорости звука. Вследствие того, что УВ в воде быстро принимает квазиакустический характер, а также из-за иных условий отражения на твердой поверхности, эффекты отражения, направленности выражены слабее, чем в случае ВУВ; действие УВ в воде по своему характеру близко к гидростатическому давлению, действующему одинаково по всем направлениям.

Затухание ударных волн в воде происходит медленнее чем в воздухе, поэтому при одинаковых приведенных расстояниях как давления, так и импульсы УВ в воде значительно больше, чем на воздухе.

Так, например, давление отражения в воде может быть приближенно оценено по формуле

,

где .

Для =2 – 3 давление отражения в воде в десятки раз! выше, чем давление отражения на воздухе; при =5 давление отражения в воде примерно в 150…160 раз больше, чем на воздухе.

Величина импульса отражения УВ в воде может быть подсчитана по приближенной формуле

.

Поскольку на воздухе J = (50 – 60) , то при одинаковых R и С_экв импульс в воде примерно в раз больше, чем на воздухе.

Приведенные выше формулы относились к однородной водной среде. Если заряд находится неподалеку от поверхности воды, то значения давления и импульса могут существенно снизиться.

При взрыве заряда неподалеку от поверхности воды на ней образуется купол и затем происходит выброс, причем может сформироваться водяной столб значительной высоты. Исследованиям установлено, что образование купола и выброс связаны преимущественно с воздействием газового пузыря.