Implozija
Implozija je proces uništavanja objekata time što se oni uvlače sami u sebe. Suprotno od eksplozije (koja proširuje zapreminu), implozija smanjuje zauzetu zapreminu i koncentriše materiju i energiju. Prava implozija obično uključuje razliku između unutrašnjeg (nižeg) i spoljašnjeg (višeg) pritiska, ili unutrašnjih i spoljašnjih sila, koja je toliko velika da se struktura urušava unutra u sebe ili u prostor koji je zauzela ako nije potpuno čvrst objekat. Primeri implozije uključuju podmornicu koja je slomljena spolja pod hidrostatičkim pritiskom okolne vode [1] i kolaps masivne zvezde pod sopstvenim gravitacionim pritiskom.
Implozija može da izbaci materijal napolje (na primer zbog sile materijala koji pada prema unutra, ili se periferni materijal izbacuje kada se unutrašnji delovi sruše), ali to nije suštinska komponenta implozije i neće sve vrste implozije to učiniti. Ako je objekat ranije bio čvrst, onda implozija obično zahteva da on poprimi gušći oblik – u stvari da bude koncentrisaniji, komprimovani ili pretvoren u novi materijal koji je gušći od originala.
Primeri uredi
Nuklearna oružja uredi
Nuklearna bomba uredi
U dizajnu nuklearnog oružja tipa implozije, sfera plutonijuma, uranijuma ili drugog fisionog materijala implodira se sfernim rasporedom eksplozivnih punjenja. Ovo smanjuje zapreminu materijala i time povećava njegovu gustinu za faktor dva do tri, uzrokujući da dostigne kritičnu masu i stvori nuklearnu eksploziju.
Kompresija naelektrisanja nuklearne bombe tipa implozije, u kojoj subkritična masa plutonijuma postaje superkritična.
Termonuklearna bomba uredi
U nekim oblicima termonuklearnog oružja, energija iz ove eksplozije se zatim koristi za implodiranje kapsule fuzionog goriva pre nego što je zapali, izazivajući reakciju fuzije. Uopšteno govoreći, upotreba radijacije za implodiranje nečega, kao u hidrogenskoj bombi, energija ove eksplozije se koristi da bi implodovala kapsulu fuzijskog goriva pre njegovog paljenja, izazivajući reakciju fuzije.
Kada se nuklearna punjenja ispaljuju u termonuklearnoj bombi, centar bombe, u kome se nalazi materijal za termonuklearnu reakciju, izložen je visokim pritiscima i temperaturama koje su određene implozijom centralnog dela i procesima fisije.
Astrofizika uredi
Implozija je ključni deo gravitacionog kolapsa velikih zvezda, što može dovesti do stvaranja supernova, neutronskih zvezda i crnih rupa.
U najčešćem slučaju, unutrašnji deo velike zvezde (nazvan jezgro) prestaje da gori i bez ovog izvora toplote, sile koje razdvajaju elektrone i protone više nisu dovoljno jake da to učine. Jezgro se izuzetno brzo urušava i postaje neutronska zvezda ili crna rupa; spoljni slojevi originalne zvezde padaju prema unutra i mogu se odbiti od novostvorene neutronske zvezde (ako je ona stvorena), stvarajući supernovu.
Kontrolisano rušenje konstrukcije uredi
Velike zgrade različitih tipova konstrukcija kao što su zidani, čelični okviri ili armirani beton mogu se svesti na gomilu ruševina koja se lako uklanja selektivnim uništavanjem potpornih elemenata uzastopnim i ograničenim eksplozijama. Cilj je da se materijali ograniče na određena područja, obično da bi se izbeglo oštećenje obližnjih struktura. Tehnika uključuje ispaljivanje precizno postavljenih punjenja za rušenje u određenim vremenskim intervalima koji koriste gravitaciju da dovedu do vertikalnog pada centra zgrade dok istovremeno povlače strane prema unutra, proces koji se često pogrešno opisuje kao implozija.
Implozija katodne cevi i fluorescentnog osvetljenja uredi
Visok vakuum postoji unutar svih katodnih cevi. Ako je spoljna staklena koverta oštećena, može doći do opasne implozije. Zbog snage implozije, stakleni komadi mogu da izlete napolje opasnim brzinama. Dok moderni CRT-ovi koji se koriste u televizorima i kompjuterskim ekranima imaju prednje ploče vezane epoksidom ili druge mere za sprečavanje razbijanja omotača, sa CRT-ovima uklonjenim iz opreme mora se pažljivo rukovati kako bi se izbegle povrede. [2]
Dinamika fluida uredi
Kavitacija (formiranje mehurića/kolaps u tečnosti) uključuje proces implozije. Kada se kavitacioni mehur formira u tečnosti (na primer, pomoću vodenog propelera velike brzine), ovaj mehur se obično brzo sruši — implodira — okolnom tečnošću.
Inercijalna kavitacija uredi
Prvi naučnik koji je proučavao kavitaciju bio je Džon Rejli, krajem 19. veka. On je primetio pojavu kavitacije u toku vode u rekama, posebno ispod vodopada - gde voda izaziva značajnu eroziju u kamenju na koje pada.
Kasnije je uočeno da se kavitacija javlja pri svakom snažnom impulsnom udaru energije u čvrstu prepreku. Tako postoji optička kavitacija, koja nastaje udarom snažnog laserskog zraka, i električna kavitacija - na primer, na svećicama vozila na benzin.
Treba napomenuti da je energija kavitacije izuzetno visoka: tokom implozije gasnog mehura temperatura je nekoliko hiljada ºC, pritisak nekoliko stotina bara, a takođe se stvara svetlost (sonoluminiscencija). Koliko god ovi podaci izgledali neverovatno, oni su utvrđeni tokom laboratorijskih merenja kavitacije, jer je njeno sprečavanje jedna od glavnih oblasti proučavanja hidrodinamike, s obzirom da rad u režimu kavitacije izaziva značajna oštećenja i nepouzdanost u radu hidrodinamičkih uređaja, i pokušava se po svaku cenu izbeći. [3]
Neinercijalna kavitacija uredi
Neinercijalna kavitacija je proces kontrolisanog odvajanja malih gasnih mehurića uz uvođenje energije spolja – najčešće akustične (zvuk). Ova energija prisiljava mehuriće gasa da osciluju na određenoj frekvenciji i u određenom obrascu pre implozije, čineći tako koristan rad. Na ovaj način dolazi do znatno manje erozije, a koristi se u ultrazvučnim kadama za čišćenje precizno izrađenih delova od osetljivih materijala, na primer delova hidrodinamičkih upravljačkih sistema - ventila i slično, silikonskih zaptivki i drugih delova čija je izrada veoma precizna i skupa, a materijal je osetljiv na druge načine čišćenja i popravke.
Pojava hidrodinamičke kavitacije uredi
Ako pritisak vode padne ispod pritiska zasićenja vodene pare, dolazi do snažne promene iz tečnog u gasovito stanje, što stvara diskontinuitete u protoku, šupljine (mehurići pare okružene tečnošću). Veća specifična zapremina mehurića pare ne dozvoljava dalji pad pritiska. Parni mehur nakon isparavanja u oblasti nižeg pritiska u toku tečnosti dolazi u oblast višeg pritiska gde momentalno implodira, pretvarajući se u tečnost (gde se kondenzuje). Zatim dolazi do naglog povećanja pritiska usled sudara vodenih frontova sa svih strana mehura pare. Kako je protok tečnosti konstantan, konstantna je i pojava formiranja mehurića pare i njegova naknadna implozija.
Strujanje fluida je uglavnom, posebno u vodenim turbinama, koje karakterišu fluktuacije brzine i pritiska, koje su posebno intenzivne u graničnom sloju (pored čvrstog zida). Ako se takve fluktuacije pritiska javljaju pri pritisku koji odgovara lokalnom pritisku zasićenja vodene pare, odmah će doći do intenzivnog procesa formiranja i skoro istovremenog kolapsa mehurića pare, stvarajući veoma visoke pritiske u centru mehurića, kao rezultat sudara nadolazećih vodenih frontova sa svih strana mehura koji se urušava.
Kao posledica intenzivnog prelaska iz tečnog u gasovito stanje i obrnuto, javljaju se značajne pulsacije pritiska (2000 Pa - 10000 bara) veoma visokih frekvencija (10 - 20 kHz). Kavitacija je posebno nepovoljna ako se javlja u blizini metalnih površina. Tada usled naglih promena pritiska (2000 Pa – 10000 bara) dolazi do otkidanja metala sa metalnih površina (kod turbina to su lopatice rotora).
Kavitacija nije karakteristična samo za rotacione mašine. Pojavljuje se u svim situacijama kada pritisak vode padne ispod pritiska zasićenja vodene pare za datu temperaturu (na primer, u ventilima ). [4]
Vidi još uredi
Reference uredi
- ^ „Titanic sub: OceanGate co-founder fears there was an 'instantaneous implosion'”. BBC News (na jeziku: engleski). 2023-06-22. Arhivirano iz originala 2023-06-22. g. Pristupljeno 2023-06-22.
- ^ Bali, S.P. (1994-06-01). Colour Television: Theory and Practice. Tata McGraw-Hill. str. 129. ISBN 9780074600245. Arhivirano iz originala 2017-03-21. g.
- ^ Stachowiak G.W., Batchelor A.W.: Engineering tribology, 2001., Butterworth-Heinemann
- ^ [1][mrtva veza] "Vodne turbine" dr.sc. Zoran Čarija, Tehnički fakultet Rijeka, 2010.
Spoljašnje veze uredi
- Converging Shock Waves
- Not What You Think: What Happens When a Submarine Implodes na sajtu YouTube (jezik: engleski)