آشنایی با قانون دو دیوار در انفجار‌ها

انفجار در حقیقت آزاد شدن ناگهانی و بسیار سریع انرژی در یک حجم محدود است که منجر به تولید گازهایی با دما و فشار خیلی بالا می‌شود. در چنین فرآیندی شاهد فشرده‌سازی آنی محیط اطراف، اعم از هوا، آب یا خاک هستیم که یک جبهه فشار بیش‌ازحد ایجاد می کند که با سرعتی فراتر از سرعت صوت و به‌صورت شعاعی از مرکز انفجار به بیرون منتشر می‌شود.

کد خبر: ۱۳۶۲۳۱۶

تاریخ: ۲۰ اسفند ۱۴۰۴ - ۰۹:۰۸

وقوع یک انفجار، چه در قالب یک حادثه صنعتی باشد و چه در یک نبرد نظامی، اتفاقی تلخ و درعین‌حال پیچیده است؛ چراکه در کسری از ثانیه، محیط وسیعی دستخوش دگرگونی می‌شود.

به گزارش تابناک به نقل از خبرآنلاین؛ در این میان درک ماهیت موج انفجار، علاوه بر متخصصان نظامی و مهندسان سازه، برای عموم مردم که در مناطق پرخطر زندگی می‌کنند، نکته‌ای حیاتی برای حفاظت از جانشان به شمار می‌رود. به همین خاطر قصد داریم تا در این مقاله به کالبدشکافی دقیق مکانیسم‌های انفجار، فاصله ایمن از محل انفجار و موج انفجاری که ممکن است برای ما خطرناک باشد بپردازیم.

ماهیت فیزیکی و مکانیسم تولید موج انفجار

انفجار درواقع به معنی آزاد شدن ناگهانی و بسیار سریع انرژی در یک حجم محدود است که منجر به تولید گازهایی با دما و فشار خیلی بالا می‌شود. در چنین فرآیندی شاهد فشرده‌سازی آنی محیط اطراف، اعم از هوا، آب یا خاک هستیم و همین اتفاق یک جبهه فشار بیش‌ازحد ایجاد می‌کند که با سرعتی فراتر از سرعت صوت و به‌صورت شعاعی از مرکز انفجار به بیرون منتشر می‌شود.

ساختار موج و فازهای فشار

ساده‌ترین فرم یک موج انفجار در فیزیک دینامیک سیالات، با نمودار فریدلندر توصیف می‌شود و شامل دو فاز کاملاً متمایز است:
۱- فاز مثبت (فشار بیش‌ازحد):

در این مرحله، فشار اتمسفر به‌طور ناگهانی و در مقیاس میکروثانیه به اوج خود می‌رسد. این جبهه پیشرو، همان چیزی است که باعث شکستن دیوارها و آسیب به اندام‌های داخلی بدن می‌شود. زمان این فاز بسیار کوتاه است ولی بیشترین پتانسیل تخریبی را دارد.
۲. فاز منفی (خلاء نسبی):

بعد از عبور فاز مثبت، فشار محیط به زیر فشار اتمسفر سقوط می‌کند که در آن، اثر مکش ایجادشده و همین باعث می‌شود تا هوا و ذرات معلق دوباره به سمت مرکز انفجار کشیده شوند.

البته قدرت این فاز کمتر از فاز مثبت است ولی به خاطر تداوم طولانی‌تر، فاز منفی ممکن است باعث واژگونی سازه‌هایی شود که در فاز اول ضعیف شده بودند.

درعین‌حال و همراه با این تغییرات در فشار، پدیده‌ای به نام باد انفجار رخ می‌دهد که درواقع جریانی از هوای فشرده است که با سرعت سرسام‌آوری حرکت کرده و اجسام سنگین، انسان‌ها و قطعات ساختمانی را به پرتابه‌های مرگباری تبدیل می‌کند.

میزان خسارت ناشی از موج انفجار، تابع چند فاکتور کلیدی است که در محاسبات مهندسی ایمنی در نظر گرفته می‌شوند:

اوج فشار اولیه: حداکثر فشاری که در لحظه برخورد موج به هدف وارد می‌شود.
مدت‌زمان تداوم: هرچه زمان اعمال فشار بیشتر باشد، انرژی منتقل‌شده به سازه یا بدن انسان افزایش می‌یابد.
محیط انتشار: سرعت و قدرت موج در آب بیشتر و مسافت پیموده شده توسط آن طولانی‌تر از هواست.
فاصله از مرکز: فشار با افزایش فاصله، به‌صورت غیرخطی کاهش پیدا می‌کند.
تمرکز محیطی: وجود دیوارها، کوچه‌های باریک یا فضاهای محصور باعث بازتاب موج و تشدید قدرتش بین ۲ تا ۹ برابر می‌شوند.

چه سلاح‌هایی این طوفان نامرئی را برپا می‌کنند؟

وقتی صحبت از موج انفجار به میان می‌آید، در میدان نبرد امروز، موشک‌های بالستیک و موشک‌های کروز اصلی‌ترین عاملان ایجاد آن هستند. این موشک‌ها با حمل چند صد کیلوگرم مواد منفجره قوی، در لحظه برخورد، انرژی معادل انفجار چندین تن TNT را آزاد می‌کنند. علاوه بر موشک‌ها، بمب‌های هواپیمایی که توسط جنگنده‌هایی مثل F-15 یا سوخو-۳۴ رها می‌شوند، به دلیل وزن بسیار زیاد کلاهکشان، قدرت ایجاد موج انفجارهای بسیار سهمگین‌تری را دارند که می‌تواند دیوارهای بتنی را مثل ورق پاره کند.

جنگنده و موشک چگونه این موج را می‌سازند؟

فرآیند ایجاد این موج در موشک و بمب ساده اما وحشتناک است: در کسری از میلی‌ثانیه، ماده جامد داخل کلاهک به گاز بسیار داغ و فشرده‌ای تبدیل می‌شود. این حجم عظیم از گاز که فضایی برای ماندن ندارد، با سرعتی چند برابر سرعت صوت به هوای اطراف چنگ می‌اندازد و آن را به جلو هل می‌دهد. اینجاست که یک دیوار نامرئی از هوا تشکیل می‌شود.

در مورد جنگنده‌ها، علاوه بر بمب‌هایی که پرتاب می‌کنند، عبور خود هواپیما با سرعت مافوق صوت در ارتفاع پایین نیز می‌تواند پدیده‌ای به نام دیوار صوتی ایجاد کند؛ لرزش شدیدی که هرچند به اندازه انفجار مخرب نیست، اما می‌تواند شیشه‌های یک محله را به طور کامل خرد کند.
شدت این ضربه چقدر است؟

برای اینکه قدرت این موج را بهتر درک کنیم، باید آن را با طوفان‌های سهمگین مقایسه کرد. قوی‌ترین طوفان‌های روی زمین، سقف خانه‌ها را بلند می‌کنند؛ اما موج انفجار یک موشک معمولی، فشاری وارد می‌کند که چندین برابر از شدیدترین طوفان تاریخ قوی‌تر است.

نکته مهم و ضروری این است که شعاع خطر ترکش همیشه خیلی بزرگ‌تر از شعاع موج انفجار است. مثلاً یک گلوله توپ ۱۵۵ میلی‌متری ممکن است در ۵۰ متری باعث مرگ ناشی از فشار شود، اما ترکش‌های آن تا مسافت ۴۵۰ متری و گاهی تا ۲۰۰۰ متر همچنان مرگبار هستند.

استراتژی‌های پناه گرفتن و قانون دو دیوار

در لحظه وقوع انفجار، ثانیه‌های طلایی مرز بین مرگ و زندگی را تعیین می‌کنند. برخلاف تصور عمومی، فرار به سمت خیابان یا تماشای محل حادثه از پنجره، مرگبارترین تصمیمی است که می‌توانید بگیرید. در این لحظات طلایی باید قانون دو دیوار که یکی از معتبرترین پروتکل‌های ایمنی در جنگ‌های شهری است را اجرا کنیم. طبق این قانون باید پناهگاهی را انتخاب کنیم که حداقل دو دیوار مستحکم با محیط بیرون فاصله داشته باشد.

دیوار اول بخش بزرگی از انرژی موج و ترکش‌ها را جذب می‌کند و ممکن است فرو بریزد. دیوار دوم وظیفه محافظت از فرد در برابر ترکش‌های ناشی از تخریب دیوار اول و شیشه‌ها را بر عهده دارد. بدین ترتیب ایمن‌ترین نقاط خانه یا آپارتمان عبارت‌اند از:

راهروهای داخلی: به دلیل نداشتن پنجره و محصور بودن بین دیوارهای سازه‌ای.
حمام و سرویس بهداشتی: معمولاً کوچک هستند و دیوارهای آن‌ها به دلیل لوله‌کشی و کاشی‌کاری مقاومت بیشتری در برابر لرزش دارند.
پله‌ها و پاگردها: در سازه‌های مدرن، باکس راه‌پله یکی از مستحکم‌ترین بخش‌های اسکلت ساختمان در برابر ریزش آوار محسوب می‌شود.

چرا باز نگه‌داشتن دهان حیاتی است؟

توصیه علمی برای باز نگه‌داشتن دهان در لحظه انفجار، در حقیقت بیشتر برای سلامت گوش ماست.

وقتی موج انفجار با سرعت مافوق صوت به فرد برخورد می‌کند، فشار بیرونی به‌شدت افزایش می‌یابد و اگر دهان بسته باشد، این فشار فقط به سطح بیرونی پرده گوش وارد شده و باعث پارگی‌اش می‌شود؛ اما با باز نگه‌داشتن دهان، بخشی از این فشار از طریق مجاری تنفسی و لوله استاش به پشت پرده گوش منتقل‌شده و با ایجاد تعادل نسبی در دو طرف پرده، احتمال آسیب جدی را کاهش می‌دهد.

اما اگر در فضای باز و محیط‌های عمومی هستید، نباید بدوید؛ چون سرعت موج انفجار از هر انسانی بیشتر است. بهترین کار این است که این کارها را به ترتیب اولویت انجام دهید:

۱. دراز کشیدن دمر: روی شکم بخوابید. این کار از پرتاب شدن بدن توسط باد انفجار جلوگیری کرده و سطح مقطع برخورد با موج را به حداقل می‌رساند.

۲. جهت قرارگیری: پاها را به سمت مرکز انفجار قرار دهید. سر، حساس‌ترین بخش بدن است و باید دورترین نقطه از مرکز انفجار باشد.

۳. محافظت از جمجمه: دست‌ها را پشت گردن قلاب کرده و آرنج‌ها را کنار سر قرار دهید تا از اصابت ترکش‌ها به نقاط حیاتی جلوگیری شود.

۴. دوری از شیشه و اشیاء مرتفع: از ساختمان‌های با نمای شیشه‌ای، دکل‌های برق و درختان بزرگ فاصله بگیرید.

اگر در داخل خودرو هستید، بلافاصله توقف کرده و پیاده شوید. چون اتومبیل‌ها به دلیل داشتن حجم زیادی از شیشه و بنزین، در برابر انفجار آسیب‌پذیرند. در یک جوی آب یا پشت یک جدول بتنی بلند پناه بگیرید.

در هر موج انفجار، «زمان» و «فاصله» دو متغیر تعیین‌کننده هستند و از دید علمی، قدرت تخریبی با توان سوم فاصله نسبت عکس دارد، یعنی با دو برابر کردن فاصله، فشار وارد بر شما به یک‌هشتم کاهش پیدا می‌کند. این حقیقت فیزیک، اهمیت عقب‌نشینی سریع و پناه گرفتن در لایه‌های درونی ساختمان را بیش‌ازپیش روشن می‌کند.

در محیط‌های شهری، کانالیزه شدن موج انفجار در خیابان‌ها می‌تواند باعث شود که فشار انفجار حتی در فواصل دورتر از حد انتظار، همچنان مرگبار باشند و به همین رو، سنگر گرفتن در نزدیکی دیوارهای داخلی و فضاهای بدون پنجره تنها استراتژی غیرفعال مؤثر و برای حفاظت از جان شما ضروری است.

طبق آمار و گزارش‌ها، اکثر افرادی که در فواصل متوسط از انفجار جان خود را از دست می‌دهند، نه قربانی مستقیم موج فشار، بلکه قربانی جهل نسبت به اصول پناه‌گیری و اصابت ترکش‌های شیشه‌ای بوده‌اند و با دراز کشیدن و پوشاندن سر در هنگام انفجار و درک مکانیسم فشار بیش‌ازحد، می‌توان تلفات غیرنظامی در سناریوهای جنگی را تا ۶۰ درصد کاهش داد.