Физиката на събитието в Челябинск - Наукас
Наука, скептицизъм и хумор
Има някои физически величини, с които сме изключително запознати и за които можем да направим повече или по-малко правилни оценки на стойностите. По този начин, например, можем да определим смътно теглото или размера на даден обект с повече от това да го държим или гледаме. Обаче други физически величини като енергия или налягане са много по-неуловими.
Енергията обикновено се използва ежедневно в калориен план, особено при диети, и от повече от просветлените също и в езотерични проблеми, които нямат нищо общо с реалността. Енергията обаче е много повече от това, което храната ще ни напълни и събития като това в Челябинск ни дават представа колко разрушителна може да бъде енергията, ако се отдели експлозивно.
Както ни казва Даниел Марин в своя статия за събитието в Челябинск следвайки данните, предоставени от НАСА, енергията, която астероидът е развил (ще използвам тази номенклатура, въпреки че е по-правилно да я наричам състезателен автомобил) при експлозия в атмосферата е около 500 килотона, което се равнява на около 25 ядрени бомби като тези, които са паднали върху Хирошима или Нагасаки. В случай, че все още има някакви безсмислени, килотонът е единица енергия, еквивалентна на тази на 1000 тона TNT, а мегатонът на 1 милион тона. Такова количество енергия напълно избягва всички възможни оценки, но за да ви дадем представа няма нищо по-добро от няколко примера.
По този начин въздействието на метеорита, който е унищожил динозаврите преди 65 милиона години, се изчислява да освободи енергия от 192 милиона мегатона и унищожаването на килограм материя с килограм антиматерия, според известното уравнение на Айнщайн E = mc2, се равнява на 43 мегатона. И помните ли щетите, причинени от атаката на ETA срещу T4 Barajas през 2006 г.? Е, количеството експлозив, което се изчислява в бомбата на автомобила, е между 200 и 500 кг, тоест само 0,0001% от енергията на метеорита в Челябинск.
15 мегатона) през 1908г
Както можете да видите, щетите, причинени от насилственото и експлозивно освобождаване на енергия, са наистина ужасяващи, но има и друга величина, която обикновено остава незабелязана, чиято разрушителна сила е толкова висока или по-голяма: натиск.
Всички сме подложени на раждане на атмосферно налягане. Не забелязваме, че е там, но целият въздух, който имаме над главите си, наистина тежи и смачква всеки квадратен сантиметър от тялото ни със сила около 1 кг. По този начин налягане от 1 атмосфера е еквивалентно на 101325 Pa, или 760 mm живак. Това налягане позволява на въздуха да задържи онзи лист хартия, с който покриваме чаша, пълна с вода, и я обръщаме; или ни поставя в трудната ситуация да се опитваме да отделим две съединени полукълба, в които е направен вакуум вътре, както Ото фон Герике вече демонстрира през 1654 г. в своя прочут експеримент върху полукълбите на Магдебург.
Какво общо има натискът със събитието в Челябинск? Е, истината е, че наистина всичко, защото това е истинската причина за почти всички щети, причинени в и от астероида.
Как се разпада астероид
Както всеки материал, въздухът може да бъде компресиран и неговите физически свойства варират в зависимост от уравненията на състоянието, които определят неговото поведение. Всички сме научени на типичното уравнение на състоянието на идеалния газ, с което могат да се правят елементарни и дидактически изчисления, но което не отразява реалното поведение на газ. Необходимо е да се прибегне до много по-сложни уравнения на състоянието, ако излезем извън нормалните условия на налягане и температура, точно както се случва, ако искаме да проучим какво се случва в астероида. Тук една област на физиката е почти толкова странна, колкото прави квантовата механика: високоскоростна физика. В този свят има място за най-любопитните явления, като въздух, който се запалва или който реже метал, сякаш е масло за рязане на нож.
Преди да продължим да говорим за астероида Челябинск, нека направим малък мисловен експеримент. Какво мислите, че би се случило, ако сте покрили нечуплива и недеформируема спринцовка, пълна с вода, и се опитате да стиснете буталото с всички сили?
Както може би се досещате, водата също има известна степен на свиваемост (очевидно много по-малка от тази на газ), но налягането, което трябва да отпечатате, е толкова голямо, че никога не бихте могли да го смачкате дори малко. Сега си представете, че имате достатъчно енергия, за да продължите да натискате буталото на тази нечуплива спринцовка с все повече и повече сила. Водата ще започне да се компресира, докато достигне своята граница и по това време тя ще търси състояние, при което системата е стабилна под толкова голямо налягане. Тоест ще повишава температурата си, докато не стане водна пара чрез промяна на състоянието.
Нека приложим този прост мисловен експеримент към случая на падащ астероид. Огромната скорост, която астероидът може да носи, между 10 и 60 км/сек, и голямата му маса, около 10 000 тона за тази на Челябинск, действат като бутало във въздуха пред него, пренасяйки също част от своята енергия. Човек, докато върви или тича, също се опитва (несъзнателно) да смачка въздуха пред нас, но ние се движим с толкова ниска скорост, че въздухът лесно може да ни се измъкне. Въпреки това, в случай на астероид, въздухът не е в състояние да се отдалечи достатъчно бързо, за да освободи пътя за него, така че постепенно се компресира отпред. И ако въздухът се компресира „извън възможностите му“, се появяват много интересни явления.