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Qu'est-ce qui crée le nuage champignon lorsqu'une bombe atomique explose?

Qu'est-ce qui crée le nuage champignon lorsqu'une bombe atomique explose?



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L'idée de ce à quoi ressemble une explosion nucléaire est probablement ancrée dans votre mémoire. Que ce soit en regardant des documentaires et des films décrivant une explosion, ou en voyant les images de la culture pop, une explosion de la nature et de la taille d'une détonation nucléaire n'est pas quelque chose que l'on oublie facilement.

L'aspect le plus notable de ces explosions est peut-être les grands nuages ​​de champignons qu'ils créent. La plupart des bombes créent des nuages ​​similaires, mais pas tout à fait comme ceux observés après une explosion nucléaire.

Alors, qu'est-ce qui cause la formation de ces nuages?

Bref, c'est parce que la bombe libère soudainement de grandes quantités d'énergie. Cette énergie crée une bulle de gaz très chaude, qui interagit avec l'air ambiant plus froid, le rendant moins dense. Dans le cas d'une détonation nucléaire, la bombe émet une explosion de rayons X, qui ionisent et chauffent l'air environnant; cette bulle de gaz chaude est connue sous le nom de boule de feu.

La boule de feu chaude monte très rapidement, créant un puissant courant ascendant qui est ensuite rempli par l'air ambiant et la poussière. C'est cela qui crée le cloud.

Cependant, c'était la réponse rapide, pour mieux comprendre, nous devons plonger un peu plus loin.

Que sont les nuages ​​de champignons?

Afin de comprendre pourquoi les explosions nucléaires créent des nuages ​​de champignons, nous devons d'abord définir ce que sont ces nuages.

Les nuages ​​de champignons sont des nuages ​​de fumée et de débris qui se déplacent dans l'air après une explosion. Ces types de nuages ​​se forment non seulement après des explosions nucléaires, mais également après tout événement qui crée de la chaleur très rapidement. Un exemple de ceci pourrait être l'éruption d'une bombe conventionnelle ou même d'un volcan.

Pourquoi les détonations nucléaires provoquent-elles de gros nuages ​​de champignons?

La réponse peut sembler simple à ce stade, étant donné que nous l'avons déjà abordée dans cet article, mais il y a plus à l'histoire.

Bien sûr, la puissante explosion nucléaire provoque un dégagement soudain de chaleur, réagissant avec l'air environnant, rendant cet air moins dense - comme nous l'avons vu.

L'interaction entre deux matériaux (fluides ou gaz) de densités différentes lorsqu'ils sont forcés ensemble est connue sous le nom d'instabilité de Rayleigh-Taylor.

Ce principe caractérise principalement le mouvement de deux fluides de densités différentes. Les fluides de densités différentes sont affectés par une force donnée de différentes manières, en fonction de leurs propriétés variables. Expliquée simplement, l'instabilité RT se produit lorsqu'un fluide lourd est soutenu par un fluide plus léger. Les fluides tendront vers l'équilibre, provoquant la projection du fluide le moins dense à travers le fluide le plus dense.

Dans le cas d'explosions où l'air chaud moins dense est centralisé, ce «tir à travers» de l'air chaud moins dense à travers l'air ambiant plus froid plus dense, se produit en un point centralisé. Les interactions de ces gaz provoquent la formation de la forme du champignon.

Une chose à noter est que cette interaction est présente dans tous les fluides où un fluide moins dense supporte un fluide plus lourd, disons, par exemple, l'interaction de l'huile et de l'eau dans une tasse. Dans le cas d'explosions nucléaires, l'interaction persisterait sans la présence de fumée ou de débris. La fumée et les débris sont simplement ce qui nous permet d'observer plus facilement la formation des nuages ​​de champignons.

L'air chaud moins dense montera de la boule de feu initiale et créera un vide dans son sillage. Cela provoque l'aspiration de l'air froid plus dense alors que la boule de feu continue de monter.

L'air chaud ascendant rencontre la résistance de l'air froid plus dense, qui agit comme une résistance à son mouvement ascendant. C'est cette résistance qui aplatit le nuage montant, le transformant en forme de champignon.

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Les bords du nuage semblent s'enrouler constamment. Cela est dû au mouvement du fluide, à la suite de cette résistance. L'air à la surface de la boule de feu est lentement tiré vers l'arrière, seulement pour rouler et être à nouveau aspiré dans le fond de la boule de feu.

Tout ce processus se poursuit jusqu'à ce que l'équilibre soit atteint. La boule de feu ne s'arrêtera de monter que jusqu'à ce qu'elle atteigne un point où l'air environnant a la même densité. Dans le cas des explosions nucléaires, c'est plutôt élevé dans l'atmosphère, normalement dans la couche d'ozone.

Selon un article du Américain scientifique, "Toutes les bombes atomiques produisent un renflement et une tige, mais les très énormes nuages ​​de champignons sont produits par les explosions à très haut rendement d'armes thermonucléaires (bombes à hydrogène). La boule de feu d'une bombe H monte si haut qu'elle touche le tropopause, la frontière entre la troposphère et la stratosphère. Il existe un fort gradient de température à la tropopause, qui empêche les deux couches de l'atmosphère de se mélanger beaucoup. La bulle chaude de la boule de feu se dilate et monte initialement. Au moment où la bulle a passé du niveau de la mer à la tropopause, il ne fait plus assez chaud pour franchir la frontière. ... À ce stade, la boule de feu s'aplatit; elle ne peut plus se dilater vers le haut, elle se dilate donc sur le côté en un chapeau de champignon exagéré . "

Quelle est la taille des nuages ​​de champignons nucléaires?

Nous pouvons tous maintenant visualiser à quoi ressemble une explosion nucléaire, mais ce qui est plus difficile, c'est de comprendre l'ampleur de l'explosion. Puisqu'il est peu probable que nous ayons jamais vu une explosion nucléaire en personne, l'ampleur peut être difficile à saisir.

En général, les nuages ​​de champignons peuvent s'élever jusqu'à des dizaines de milliers de pieds en quelques minutes. Pour référence, la plupart des avions de passagers naviguent à environ33,000 pieds, ou 10,000 mètres.

En revenant sur une explosion historique, jetons un coup d'œil à ce qui s'est passé après l'explosion nucléaire à Hiroshima en 1945. Au cours des 10 premières minutes, le nuage de champignons est passé à plus de60,000 pieds, ou à peu près 20,000 mètres.

Cela ne nous donne cependant pas une vue d'ensemble. Alors que c'était plus que20,000 mètres de haut dans les 10 premières minutes, dans les 30 premières secondes, le nuage s'était élevé au-dessus de l'altitude de croisière de l'Enola Gay, l'avion qui a largué la bombe. Cela signifie que le nuage s'était levé 10,000 mètres en 30 secondes. En moyenne, cela signifie que le cloud s'est développé vers le haut à 333 m / s initialement, puis a ralenti pour monter à juste un 100 m / s en moyenne après 10 minutes.

En fin de compte, les nuages ​​de champignons ne sont pas spécifiques aux explosions nucléaires, ils sont plutôt spécifiques aux instabilités de Rayleigh-Taylor dans les fluides - un principe que nous voyons en action autour de nous tous les jours.


Voir la vidéo: LES PLUS GROSSES BOMBES ATOMIQUES DE LHISTOIRE - HDG #7 (Août 2022).