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爆炸科学零距离

2017-06-12

小哥白尼·趣味科学画报 2017年3期
关键词:火药冲击波炸药

“Ban音!”“Peng!”“Dong!”这里不是《速度与激情》的片场,也不是拆除百米高楼的爆破现场,而是酷炫的爆炸科学实验室!今天,栽,cooper博士,将用最刺激的爆炸,全程轰炸你们的脑袋!请各位戴上虚拟现实目镜,抓紧座椅扶手,我们先来体验一把全宇宙最顶级的爆炸。

他们为什么相信宇宙源于一个点?

打个比方,想象你周围一开始挤满了人,然后这些人四散开来,离你远去。我们现任用望远镜对准太空,看到的就是相同的景象:所有的星系、恒星的运动方向,都距离彼此越来越远,所以我们推测,它们最开始都是从一个中心点出发的。

可是我要告诉你们,宇宙大爆炸其实是个“冒牌货”!它并非真正意义上的一次爆炸,而只是速度很快的“变胖”过程。但这并不妨碍我们把它叫做“大爆炸”,因为它所释放的能量就等于全宇宙能量的总和。哪个爆炸还能比得过它?

超新星:宇宙终极核爆

宇宙里最大爆炸的“本尊”究竟是谁?现在,虚拟现实目镜将带领大家飞离地球,来到几百光年外的另一个星系。你们的正前方,是一颗质量比太阳大好几倍的恒星,它的氢已经烧完,生命即将终止,突然——是不是被一阵耀眼的强光亮瞎了眼?因为这股亮光比之前强了1亿倍,足以照亮整个星系,在几百光年外的地球上也能见到。同时,它的内部物质以十分之一光速向外飞出,释放的能量超过太阳一生释放的总和。这就是超新星爆发——宇宙的终极核爆。

看完了宇宙的高能爆炸,下面轮到我们来近距离接触爆炸了。请各位取下虚拟现实目镜,戴上护目镜,捂好耳朵,跟着我继续前进!

爆炸很可怕

在“亲近”爆炸前,我要狠狠吐槽那些不靠谱的导演!一声巨响,汽车被炸上天,主角一个优雅的扑倒,毫发无伤地站起来,拍拍土继续跑。

这主角光环也太明显了吧?真实的爆炸从来不会这么友好。炸药一旦被点燃,就会迅速释放大量高温气体,产生巨大的冲击波。这股冲击波有多猛?它的传播速度超过1500米每秒,比空气中的声音还跑得快;帶来的高温可以熔化钢铁(2000-4000摄氏度);压力大得可以压扁汽车(1万个大气压)。而这一切都发生在0.000001秒内,短得让你基本感觉不到。

所以爆炸现场的主角们不是被烫死,就是被冲击波的压力弄成耳聋或者脑震荡。而冲击波的高压与周围的空气存在巨大压力差,会掀起短时狂风,把倒霉的主角卷上天,再重重地扔到地上,同时把他穿的衣服剥个精光。请问,除非是钢铁侠,血肉之躯的主角谁还能活着把电影演完?

燥炸有“形状”

爆炸的冲击波威力强大,那么,它到底是个什么样子呢?下面我们就通过水下和泥土里的爆炸来一探冲击波的真容!

水下高速摄影机抓拍到,炸药爆炸瞬间,高温气体在水中形成了一个球形大气泡,这就是冲击波的外形。水比空气稠密得多,这个气泡可以瞬间达到10万个大气压,速度达到6000米每秒,是名副其实的“水拳”。人如果被它来上一拳,胸腔部可能被压碎。大气泡由于受到水的浮力,很快上升到水面。由于气泡里面的压力比外界空气大得多,所以你就看到了最后这一幕:气泡骤然崩裂,把水溅得老高。我很抱歉没有提前通知你们把正在拍照的手机收起来。

接下来,请随我来到室外,观看地下炸药的爆炸瞬间。爆炸冲击波迅速在地下形成了一个大空腔,就像你闭上嘴巴,使劲鼓起腮帮子一样。这个大空腔不断隆起,把岩石和泥土拼命往外挤,将地表撑爆,土石都飞溅出去,在地上留下了一个“大漏斗”。

爆炸也能让生活更美好

见证了爆炸令人毛骨悚然的威力,赶紧压压惊,看看我们又是如何制服这个发怒狂、让它老老实实为我们做事的。

1汽车安全气囊:里面添加的是一种叫做叠氮化钠的东西,碰撞会使它爆炸并迅速释放出大量氮气,充起气囊。

2汽车发动机:汽车轮子每转两圈,发动机里就发生了一次小爆炸——汽缸吸入汽油和空气后,活塞上升,使得汽缸内压力升高,最后火花塞点火,爆炸!将活塞猛地往下推,带动车轴让轮子转动。

3烟花:烟花里塞满了火药。爆炸产生的高温,点燃了烟花里的金属粉末,比如镁、铝和锑,这些金属燃烧时会产生不同颜色的光芒,使得烟花看上去五颜六色。

4用爆炸来灭火:澳大利亚工程师Graham Doig正在实验用爆炸来灭火。爆炸产生的冲击波可以像我们吹灭生日蛋糕的蜡烛那样吹灭火焰。这将在难以扑灭的森林火灾中派上大用场。

火药配方,就这么简单

接下来,最刺激的环节到了——我们自己来做炸药!当然,是为了科学的目的。我正在做的和1000多年前中国唐朝的炼丹师们没有区别。那时,他们会把各种八竿子打不着的东西混到一起,希望做出长生不老药来。可惜长生药没搞出来,却阴差阳错弄出了黑火药。没错,人类最早使用的炸药,几乎都是炼丹师们瞎配出来的。

我面前三个小碟里装着的,就是合成火药的神秘配方,分别是硝酸钾、硫磺和木炭。硫磺和木炭都是普通的燃料。关键就是硝酸钾,加热时能放出氧气,使得火药就像自带氧气瓶一样烧得比谁都旺,都快。

炸药小史

①黑火药

由古代中国的炼丹师最先开发,不过它爆炸后会产生一些讨厌的固体颗粒,弄得烟尘弥漫。

②硝化纤维

1846年,一名瑞典人不小心把浓硝酸洒到了桌上,他赶紧用棉布把桌子擦干。当他把浸染了硝酸的棉布放到炉子上烘干时,棉布迅速一烧而光。他无意中发明了硝化纤维,一种比火药更加高效的炸药。把它们塞进封闭的管道里,点燃就会发生爆炸。

③硝化甘油

诺贝尔发明的炸药用的就是它,在玻璃瓶中就像油一样。我倒出一些在铁板上,用榔头来砸它,请不要眨眼——“砰!”直接爆炸,无需点火!硝化甘油性情暴躁,这家伙不仅用来炸山、开矿,还是非常有效的缓解心绞痛的药物。

④TNT

当之无愧的炸药之王。化学家把TNT叫三硝基甲苯。它比硝化甘油温和得多。摇晃、敲击都不会自己爆炸。所以它需要雷管来引爆。雷管里装的是和硝化甘油一样暴躁的炸药雷酸汞。

另类爆炸

还以为爆炸=窜天大火球+遮天黑烟云?作为曝炸专家,我得告诉你,只要在极短时间里,什么东西突然膨胀到比原来大上几千倍,温度也高上几千倍,而且上不封顶,就算一次爆炸——这样一来,连空气都可以曝炸!而且不只是小火星才能引发爆炸。

①爆竹炸上天

2000多年前,一群战国时的人坐在篝火边,不知谁往火堆里扔了一根竹子。竹子内部是一节一节封闭的空腔,里面的空气受热后,压力急速增大。最后一举把竹子炸上了天。这就是高压气体爆炸。

②冷爆炸

爆炸总是把人烫个半死?有时候太冷也会爆炸。做饭洗澡用的天然气在零下162度时就会变成液体,便手运输。可一旦遇上温度高于0摄氏度的水,在一眨眼间体积会膨胀600多倍,又变回气体,能把周围的东西掀上天。

我不用明火。就能引爆这个玻璃管里混合的氢气和氯气。请不要直视。捂好耳朵——“咚!”光照可以激活这两种气体的分子,催促它们迅速反应,然后爆炸。

④空中核爆炸

1962年7月9日这天,美国夏威夷岛上,所有的报警器突然一齐大响,电线上噼里啪啦直冒火花。这到底是怎么回事?就在1400千米外的太平洋小岛上空,美军刚刚进行了一次氢弹试验。氢弹在高空爆炸时,除了把周围几十千米炸个底朝天外,还向外发射电磁脉冲。在空气中产生电场。远播上千公里。破坏、烧毁那里的电子设备。如果在美国中部480千米上空引爆核弹,整个美国和加拿大都会陷入停电、通信中断的混乱之中。

哈哈!我的爆炸实验室是不是很刺激?下次再来时,别忘了:不带火柴和打火机,别穿容易产生静电的化纤服装,别把好奇心体现在乱晃或者瞎踢这里的瓶瓶罐罐上,我可不想毫无准备地体验一次爆炸!

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