Explosion im Weltall

[Enas Yorl]

Im Weltall sind die Druckwellen die durch explodierende Stoffe ausgelöst werden viel verheerender als hier in der Atmosphäre. Nehmen wir zum Beispiel Dynamit und bringen es in der Atmosphäre zur explosion. Die entstehenden Gasteilchen fliegen mit einer riesigen kinetischen Energie vom explosionsherd weg und werden sofort von den Teilchen der umgebenden Luft gebremst. Im All werden die enstehenden Gasteilchen kaum gebremst. Unter Wasser breiten sich Druckwellen noch schlechter aus.

Klar die Druckwelle verliert im freien Weltraum kaum an Geschwindigkeit, allerdings nimmt ihre Dichte proportional zum eingenommen Raumvolumen ab. Von verheerender kann hier keine Rede sein, das Defizit an Druckmaterial bei zunehmenden Raumvolumen, lässt solch eine Druckwelle schnell harmlos verpuffen.

[Sebastian1901]

Wir stimmen doch überein dass Explosionen im Weltall sich Kugelförmig ausbreiten. In der Atmosphäre oder unter Wasser tun sie das aber auch. Ich stimme auch zu dass wenn Gasteilchen zusammenstoßen eine übertragung von Kinetischer Energie stattfindet. Aber diese Stöße finden nicht alle entlang einer Achse statt. Deshalb werden die Gasteilchen bei jedem Stoß auch abgelengt und dann wird schnell aus einer gerichteten Bewegung eine ungerichtete Bewegung. Nehmen wir z.B. mal Gasteilchen bei Raumtemparatur. Diese bewegen sich mit über 500 m/s was weit über der Schallgeschwindigkeit liegt, davon merken wir aber nichts weil diese Bewegungen ungerichtet sind, denn nach jedem Bruchtel eines μm stoßen diese Gasteilchen auf andere Gasteilchen. Wenn du jetz in einem Zug sitz der sich mit lächerlichen 25 m/s bewegt und das Fenster aufmachst merkst du sofort einen relativ starken Luftstrom, das liegt daran, dass zu der ungerichten Bewegung von 500 m/s jetzt eine gerichtete Bewegung von 25 m/s dazukommt. Verheerender ist doch nur Komparativ und nicht Superlativ.

[Dannyboy]

Es hängt aber von der Viskosität des Mediums ab, wie stark sich diese "Auslenkung" in Folge der Teilchenkollisionen auswirkt.
Luft ist nicht so viskos.

Im Vakuum stoßen Gasteilchen übrigens auch zusammen, solange die Teilchendichte noch relativ hoch ist.

Das du falsch liegst, könntest du daran erkennen, das die Raketentriebwerke der Apollo bei den Mondlandungen kaum Staub aufgewirbelt hat.

[Enas Yorl]

@Sebastian1901

Es ist nun einmal Tatsache, das bei einer Explosion im Vakuum sehr schnell der Punkt erreicht ist, wo die Dichte der Druckwelle so gering ist, das sie keinen Schaden mehr anrichten kann. Deshalb richtet die Druckwelle einer Explosion im freien All nun einmal weniger Schaden an, als in einer Atmosphäre.

[Sebastian1901]

Im Vakuum stoßen Gasteilchen übrigens auch zusammen, solange die Teilchendichte noch relativ hoch ist.

Aber diese Gasteilchen haben wie von mir schon erwähnt alle eine gerichtete Geschwindigkeit durch die Explosion. Die Teilchen die vorher schon im All rumschwebten kann man vernachlässigen.

[Dannyboy]

Aber diese Gasteilchen haben wie von mir schon erwähnt alle eine gerichtete Geschwindigkeit durch die Explosion. Die Teilchen die vorher schon im All rumschwebten kann man vernachlässigen.

Mag ja sein. Das heißt aber nicht, das die gerichtete Geschwindigkeit keine Kollisionen hervorruft. Die bewegen sich ja nicht synchron auf parallelen Bahnen.

Ist aber auch egal. Im Vakuum nimmt die Teilchendichte sehr schnell ab und damit auch der Explosionsdruck (Kraft pro Fläche)

[Sebastian1901]

@Sebastian1901

Es ist nun einmal Tatsache, das bei einer Explosion im Vakuum sehr schnell der Punkt erreicht ist, wo die Dichte der Druckwelle so gering ist, das sie keinen Schaden mehr anrichten kann. Deshalb richtet die Druckwelle einer Explosion im freien All nun einmal weniger Schaden an, als in einer Atmosphäre.

Die Masse unserer, durch die Explosion, ausgelösten Druckwelle aus Gasteilchen nimmt im Weltall ab. Diese abnahme ist Quadratisch, weil die Gasteilchen die Oberfläche einer Kugel bilden. Die Abnahme der Geschwindigkeit der Gasteilchen in der Atmosphäre ist proportional zur Anzahl der Stöße und diese nehmen mit r³ zu (r=Abstabd zum Explosionsherd). Kinetische Energie ist wie wir ja wissen E=1/2*m*v². v steht sogar im Quadrat m aber nicht. D.h. im Vakuum nimmt die kinetische Energie einer Explosion mit r² ab in der Atmosphäre aber mit r^6.

[Enas Yorl]

Ist aber auch egal. Im Vakuum nimmt die Teilchendichte sehr schnell ab und damit auch der Explosionsdruck (Kraft pro Fläche)

Hinzu kommt, das ein Großteil der bei der Explosion entstehenden thermischen Energie im Vakuum als Strahlung verpufft. Während diese in einer Atmosphäre aufgrund der Materiedichte, wesentlich stärker in einer kinetischen Bewegung umgesetzt wird.

Die Masse unserer, durch die Explosion, ausgelösten Druckwelle aus Gasteilchen nimmt im Weltall ab. Diese abnahme ist Quadratisch, weil die Gasteilchen die Oberfläche einer Kugel bilden.

Das ist genau der Punkt, um Schaden anzurichten muss eine ausreichende Menge an Materie, beim Ziel ankommen. Und genau die fehlt bei einer Explosion im Vakuum sehr schnell.

[Sebastian1901]

Ich gebs auf... mir werden ja schon meine eigenen Argumente verdreht gegen den Kopf geworfen. Ich weiss nicht wie ich es noch anschaulicher erklären soll. Wo sind die Physiker im Forum wenn man sie mal braucht. Hier könnten sie mal ausnahmsweise über Experimentalphysik schreiben als ständig nur über theoretische Physik zu philosophieren.

Sind wir uns den wenigstens einig das Trümmerteile bei einer Explosion im All mehr Schaden anrichten als hier in der Atmosphäre?

[HMS Fearless]

Wenn du mit "mehr Schaden anrichten" meinst, dass sie auf Grund des Fehlens eines bremsenden Mediums keine kinetische Energie in Form von Reibungswärme an die Umgebung verlieren, dann ja.

Aber nochmal. Die Wirkung einer Detonation kommt nicht von der kinetischen Energie der sich verteilenden Verbennungsgase, das ist ein verschwindend kleiner Teil, sondern von der Druckwelle, die sich durch ein Medium ausbreitet.
Kein Medium, keine Druckwelle. Punkt.
Die Druckwelle hat nichts mit den wegfliegenden Partikeln zu tun.

Das ist wie eine Welle im Wasser. Die einzelnen Wassermoleküle bewegen sich durch die Welle kaum von ihrer Position relativ zum Grund weg, sie geben nur die Energie an das jeweils nächste Molekül weiter.

[Dannyboy]

Die Masse unserer, durch die Explosion, ausgelösten Druckwelle aus Gasteilchen nimmt im Weltall ab.

Du meinst wohl die Dichte, oder?

Diese abnahme ist Quadratisch, weil die Gasteilchen die Oberfläche einer Kugel bilden.

Ja.

Die Abnahme der Geschwindigkeit der Gasteilchen in der Atmosphäre ist proportional zur Anzahl der Stöße und diese nehmen mit r³ zu

Gibt es bei dir keine Impulserhaltung?
Und warum Abnahme mit der dritten Potenz?
Jedes Teilchen hat seine mittlere freie Weglänge. Also sollte die Stoßzahl proportional zu r sein.
Das stoßende Gasteilchen hat ja selbst keine Volumenzunahme.

[McWire]

Die Masse unserer, durch die Explosion, ausgelösten Druckwelle aus Gasteilchen nimmt im Weltall ab. Diese abnahme ist Quadratisch, weil die Gasteilchen die Oberfläche einer Kugel bilden. Die Abnahme der Geschwindigkeit der Gasteilchen in der Atmosphäre ist proportional zur Anzahl der Stöße und diese nehmen mit r³ zu (r=Abstabd zum Explosionsherd). Kinetische Energie ist wie wir ja wissen E=1/2*m*v². v steht sogar im Quadrat m aber nicht. D.h. im Vakuum nimmt die kinetische Energie einer Explosion mit r² ab in der Atmosphäre aber mit r^6.

Sagen wir mal als Beispiel, wir bringen eine Atombombe im Weltall zur Explosion.

Die Masse der Bombe voll etwa 100 kg betragen und die Explosionsstärke 1 MT TNT (4,184*10^15 Joule).

Gehen wir mal davon aus, dass die Materie durch die Explosion gleichmäßig verteilt wird.

Aufgrund der Formel für kinetische Energie kann man die Geschwindigkeit der Druckwelle ausrechnen.

E=m/2*v²

v=Wurzel (2*E/m) = Wurzel (2*4,184*10^15/100 kg) ~ 9 * 10^6 m/s ~ 9000 km/s
(Exakter Wert müsste die relativistische Zunahme der kinetischen Energie berücksichtigen, daher habe ich hier grob gerundet.)

Jetzt lassen wir ein Raumschiff in 10 km Entfernung von der Druckwelle treffen.

Eine Kugel von 10.000 m Radius hat eine Oberfläche von 1,26*10^9 m². Die Materiedichte in dieser Kugeloberfläche beträgt dann 7,96*10^-8 kg/m².

d.h. pro m² Oberfläche kommt man auf 3,22*10^6 Joule oder 3,22 MegaJoule.

bei 100 km Entfernung sind es pro m² Kugeloberfläche der Explosion nur noch 32,2 Kilojoule.

Praktisch verpufft die Explosion im Weltall nach wenigen Kilometer vollständig, weil sich die Explosionsenergie auf eine zu große Fläche verteilt.
z.B. eine Atombombe hat im Weltall eine lächerlich geringe effektive Reichweite für ihre Zerstörungswirkung.

[Sebastian1901]

Gibt es bei dir keine Impulserhaltung?
Jedes Teilchen hat seine mittlere freie Weglänge. Also sollte die Stoßzahl proportional zu r sein.

Ich habe nicht von der mittleren Gesamtgeschwindigkeit (also in alle drei Raumrichtungen) der Gasteilchen gesprochen, weil diese Geschwindigkeit nicht sehr aussagekräftig, für unseren Fall, ist. Du erinnerst dich vielleicht an mein Beispiel mit dem Zug und dem Fenster. Ich habe von der mitlleren gerichteten Geschwindigkeit der Gasteilchen gesprochen und diese nimmt sehr wohl ab. Die Stöße nehmen zu, weil die Gasteilchen mit gerichteter Geschwindigkeit bei zunehmenden Radius auch zunehmen. Zuerst haben nur die Gasteilchen in unmittelbarer Umgebung zur Explosion eine gerichtete Geschwindigkeit, später verteilt sich die gleiche kinetische Energie auf viel mehr Gasteilchen und diese provozieren dann natürlich auch mehr Stöße. Diese Stöße finden nicht alle entlang einer Achse statt, d.h. die Gasteilchen werden abgelengt, deshalb kann die gerichtete Geschwindigkeit abnehmen und die Impulserhaltung gilt trotzdem.

Jetzt lassen wir ein Raumschiff in 10 km Entfernung von der Druckwelle treffen.

Eine Kugel von 10.000 m Radius hat eine Oberfläche von 1,26*10^9 m². Die Materiedichte in dieser Kugeloberfläche beträgt dann 7,96*10^-8 kg/m².

d.h. pro m² Oberfläche kommt man auf 3,22*10^6 Joule oder 3,22 MegaJoule.

bei 100 km Entfernung sind es pro m² Kugeloberfläche der Explosion nur noch 32,2 Kilojoule.

Praktisch verpufft die Explosion im Weltall nach wenigen Kilometer vollständig, weil sich die Explosionsenergie auf eine zu große Fläche verteilt.

Wie sieht es auf der Erde aus? Gibt es keine experimentellen Daten die wir dann mit deinem Rechenbeispiel vergleichen können?

[Dannyboy]

Ist ja richtig, das sich die Energie der Explosion in der Atmosphäre auf immer mehr teilchen verteilt und durch die Viskosität des Mediums abgedämpft wird.

Aber es reicht schon der Blick zum Mond. Die Raketentriebwerke der Apollo haben kaum Staub aufgewirbelt. Auch wenn man die geringere notwendige Leistung aufgrund der schwächeren Schwerkraft in Rechnung stellt, war der Effekt viel schwächer, als in der dichteren Atmosphäre der Erde.

[McWire]

Wie sieht es auf der Erde aus? Gibt es keine experimentellen Daten die wir dann mit deinem Rechenbeispiel vergleichen können?

Die Druckwelle hat auf der Erde eine viel geringere Reichweite, aufgrund des Dämpfungsfaktors. Eine Nuklearexplosion verpufft auch auf der Erde nach einigen zig Kilometern.

Allerdings ist die Druckwirkung aufgrund der Atmosphärendichte viel größer. Es entstehen hierbei Windgeschwindigkeit die Häuser und Fahrzeuge vollständig zerstören können. Das ist im Weltall nicht gegeben, weil die entsprechende Materie fehlt, die diese Strömung weiter leitet.

Dafür haben die einzelnen Explosionspartikel im Weltall eine höhere kinetische Energie, da sie kaum gestreut werden.

Man kann also eine Atomexplosion im Weltall eher mit Schrot vergleichen, auch was die Schadwirkung angeht. Allerdings hat Schrot auf eine bestimmte Entfernung kaum noch eine Schadwirkung, weil sich die Partikel zu sehr verteilen.