Física

¿Qué crea la nube en forma de hongo cuando explota una bomba atómica?

¿Qué crea la nube en forma de hongo cuando explota una bomba atómica?



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La idea de cómo se ve una explosión nuclear probablemente esté cimentada en su memoria. Ya sea por ver documentales y películas que representan una explosión, o por ver las imágenes en la cultura pop, una explosión de la naturaleza y el tamaño de una detonación nuclear no es algo que se olvide fácilmente.

Quizás el aspecto más notable de estas explosiones es la marca registrada de grandes nubes en forma de hongo que crean. La mayoría de las bombas crean nubes similares, pero no muy parecidas a las que se ven después de una detonación nuclear.

Entonces, ¿qué hace que se formen estas nubes?

En resumen, es porque la bomba libera repentinamente grandes cantidades de energía. Esta energía crea una burbuja de gas muy caliente, que interactúa con el aire circundante más frío, haciéndolo menos denso. En el caso de una detonación nuclear, la bomba emite una ráfaga de rayos X, que ionizan y calientan el aire circundante; esa burbuja de gas caliente se conoce como bola de fuego.

La bola de fuego caliente se eleva muy rápidamente, creando una poderosa corriente ascendente que luego se llena con el aire y el polvo circundantes. Es esto lo que crea la nube.

Sin embargo, esa fue la respuesta rápida, para entenderlo mejor, necesitamos profundizar un poco más.

¿Qué son las nubes en forma de hongo?

Para comprender por qué las explosiones nucleares crean nubes en forma de hongo, primero debemos definir qué son estas nubes.

Las nubes en forma de hongo son nubes de humo y escombros que se mueven por el aire después de una explosión. Este tipo de nubes se forman no solo después de explosiones nucleares, sino también después de cualquier evento que genere calor muy rápidamente. Un ejemplo de esto podría ser la erupción de una bomba convencional o incluso un volcán.

¿Por qué las detonaciones nucleares provocan grandes nubes en forma de hongo?

La respuesta puede parecer simple en este punto considerando que básicamente ya lo hemos abordado en este artículo, pero hay más en la historia.

Por supuesto, la poderosa explosión nuclear provoca una liberación repentina de calor, reaccionando con el aire circundante, haciendo que ese aire sea menos denso, como hemos comentado.

La interacción entre dos materiales (fluidos o gases) de diferentes densidades cuando se fuerzan a unirse se conoce como inestabilidad de Rayleigh-Taylor.

Este principio caracteriza principalmente el movimiento de dos fluidos con diferentes densidades. Los fluidos con diferentes densidades se ven afectados por cualquier fuerza dada de diferentes maneras, debido a sus distintas propiedades. Explicado de manera simple, la inestabilidad de RT ocurre cuando un fluido pesado es apoyado por uno más ligero. Los fluidos tenderán hacia el equilibrio, haciendo que el fluido menos denso se dispare a través del fluido más denso.

En el caso de explosiones en las que el aire caliente menos denso está centralizado, este "disparo a través" del aire caliente menos denso a través del aire circundante más denso y frío, se produce en un punto centralizado. Las interacciones de estos gases hacen que se forme la forma de un hongo.

Una cosa a tener en cuenta es que esta interacción está presente en todos los fluidos donde un fluido menos denso soporta uno más pesado, digamos, por ejemplo, la interacción del aceite y el agua en una taza. En el caso de explosiones nucleares, la interacción persistiría sin la presencia de humo o escombros. El humo y los escombros son simplemente lo que nos permite observar más fácilmente la formación de nubes en forma de hongo.

El aire caliente menos denso se elevará desde la bola de fuego inicial y creará un vacío a su paso. Esto hace que el aire frío más denso sea aspirado a medida que la bola de fuego continúa elevándose.

El aire caliente ascendente encuentra la resistencia del aire frío más denso, que actúa como resistencia a su movimiento ascendente. Es esta resistencia la que aplana la nube ascendente, transformándola en forma de hongo.

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Los bordes de la nube parecen curvarse constantemente. Esto se debe al movimiento del fluido, como resultado de esta resistencia. El aire en la superficie de la bola de fuego se retira lentamente, solo para rodar y ser succionado nuevamente hacia el fondo de la bola de fuego.

Todo este proceso continúa hasta que se alcanza el equilibrio. La bola de fuego solo dejará de elevarse hasta que alcance un punto en el que el aire circundante tenga la misma densidad. En el caso de las explosiones nucleares, esta es bastante alta en la atmósfera, normalmente en la capa de ozono.

Según un artículo en Científico americano"Todas las bombas atómicas producen una protuberancia y un tallo, pero las nubes en forma de hongo realmente enormes son producidas por explosiones de muy alto rendimiento de armas termonucleares (bombas de hidrógeno). La bola de fuego de una bomba H se eleva tan alto que golpea el tropopausa, el límite entre la troposfera y la estratosfera. Hay un fuerte gradiente de temperatura en la tropopausa, lo que evita que las dos capas de la atmósfera se mezclen mucho. La burbuja caliente de la bola de fuego inicialmente se expande y asciende. Para cuando la burbuja ha subido desde el nivel del mar hasta la tropopausa, ya no hace suficiente calor para romper el límite ... En ese punto, la bola de fuego se aplana; ya no puede expandirse hacia arriba, por lo que se expande hacia un lado en una exagerada capa de hongo . "

¿Qué tamaño tienen las nubes en forma de hongo nucleares?

Ahora todos podemos visualizar cómo se ve una explosión nuclear, pero lo que es más difícil es comprender la escala de la explosión. Dado que es poco probable que hayamos visto una explosión nuclear en persona, la escala puede ser difícil de comprender.

En general, las nubes en forma de hongo pueden elevarse hasta decenas de miles de pies en minutos. Como referencia, la mayoría de los aviones de pasajeros cruzan alrededor33,000 pies, o 10,000 metros.

Mirando hacia atrás a una explosión histórica, echemos un vistazo a lo que sucedió después de la explosión nuclear en Hiroshima en 1945. En los primeros 10 minutos, la nube en forma de hongo se elevó a más de60,000 pies, o aproximadamente 20,000 metros.

Sin embargo, eso no nos da la imagen completa. Si bien fue más de20,000 metros de altura en los primeros 10 minutos, en los primeros 30 segundos la nube se había elevado sobre la altitud de crucero del Enola Gay, el avión que lanzó la bomba. Eso significa que la nube se había levantado 10,000 metros en 30 segundos. Promediado, esto significa que la nube se expandió hacia arriba en 333 m / s inicialmente, y luego se desaceleró para aumentar a solo un 100 m / s promedio después de 10 minutos.

Al final, las nubes en forma de hongo no son específicas de las explosiones nucleares, más bien son específicas de las inestabilidades de Rayleigh-Taylor en los fluidos, un principio que vemos en acción a nuestro alrededor todos los días.


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