כשאנו צופים בפיצוץ חזק בסרט פעולה - או בתקופות מורכבות יותר כמו כעת עם ירי הטילים מאיראן - אנחנו יכולים לראות חלונות שמתנפצים בבניינים ובמכוניות במרחק גדול מסביב לפיצוץ. לעיתים אפילו אפשר לראות גל שמתרחק ממוקד הפיצוץ עצמו במהירות. הגל הזה קרוי "גל הדף", והוא סוג מסוים של תופעה רחבה יותר הקרויה גל הלם.
נזקים בבניין שנפגע בסופ"ש
(צילום: כבאות וההצלה)
כדי להבין את ההשפעות של גלי הדף, ושל גלי הלם באופן כללי, עלינו להבין מה המשמעות של מהירות הקול, ומה זה אומר לנוע יותר מהר ממנה. כפי שאפשר להבין משמה, מהירות הקול באוויר, כ-1,200 קילומטרים לשעה, היא המהירות שבה גלי קול נעים באוויר. באופן כללי יותר, פיזיקאים מתייחסים לשם "מהירות הקול" כמהירות שבה נעות תנודות מכניות בתווך מסוים. במקרה של אוויר, מדובר ברעידות של מולקולות אוויר, אבל לכל חומר יש את מהירות הקול שלו שתלויה בתכונותיו: אפשר להדגים זאת באמצעות חבל, ולגלות שמהירות הקול בחבל מתוח גבוהה יותר ממהירות הקול בחבל רפוי.
עוד כתבות באתר מכון דוידסון לחינוך מדעי:
מדע ביחד: מגוון תכנים ופעילויות מדעיות לכל המשפחה
והעיקר לא לפחד כלל
מה קורה פעם ב-400 שנה? שטיפת מוח 400
מה יקרה אם ניקח גוף ונגרום לו לנוע יותר מהר ממהירות הקול בחומר שבתוכו הוא נע, כמו למשל מטוס מהיר באוויר? במצב זה נוצרת בעיה: החלקיקים יכולים "לפנות את הדרך" – להתרחק – רק במהירות הקול, אבל הגוף מתקרב אליהם במהירות גבוהה יותר, והם לא מספיקים לנוס מפניו! התוצאה היא שהגוף דוחף את החלקיקים בכוח, וגורם להיווצרות של גל בלחץ וצפיפות גבוהים מאוד בנקודת המגע – וזהו גל ההלם. גלי הלם יכולים להיווצר מסיבות שונות ובחומרים שונים, וגלי הדף הנוצרים מפיצוצים הם דוגמה אחת לכך. מטוסים שעוברים את מהירות הקול הם כאמור דוגמה נוספת, וכתוצאה נשמע בום על קולי.
היה פיצוץ
במקרה של גל הדף, אין גוף פיזי שנע מהר יותר ממהירות הקול. פיצוצים חזקים, כמו אלה שיוצרים טילים בליסטיים או מטעני חבלה, משחררים המון אנרגיה וחום בבת אחת. הפיצוץ מחמם את האוויר בסביבתו ומעלה במידה ניכרת מאוד את לחץ האוויר – פי עשרות או אפילו מאות מהלחץ האטמוספרי הרגיל. בגלל הפרש הלחצים הגדול בין מקור הפיצוץ לבין הסביבה, האוויר נע במהירות עצומה ממקור הפיצוץ החוצה ומייצר גל הדף.
גל ההדף יכול להגיע למרחק גדול מאוד, בהתאם לגודל הפיצוץ ולתנאי הסביבה, ולחולל נזק רב. הנזק נובע מהפרש הלחצים הגדול שנוצר בינו לבין סביבתו. כשהגל פוגש חלון של בית, נוצר הפרש לחצים בין שני צידי החלון: בצד הפנימי שלו יש לחץ אטמוספרי רגיל, בשעה שמבחוץ פועל עליו לחץ הרבה יותר גדול, ולכן החלון עלול להתנפץ כלפי פנים.
אותה תופעה בצורה אחרת אולי מוכרת למי שצופה בסרטי פעולה, שם פיצוצים גורמים לדמויות או כלי רכב להיזרק הרחק ממקור הפיצוץ. בנוסף, מאחורי גל ההלם של הפיצוץ נותרת סביבה של תת-לחץ. לכן, כשהגל ממשיך בדרכו נוצר מצב הפוך, שבו לחץ האוויר בתוך הבית גדול יותר מהלחץ מחוץ לחלון. התוצאה עלולה להיות שהחלון יתנפץ דווקא כלפי חוץ.
אחת הסכנות הנוספות בגלי הדף קשורה לכך שגלי קול יכולים לעבור מחומר לחומר: כשאנחנו שוחים בבריכה למשל, אנחנו יכולים לשמוע קולות מבחוץ גם כשהראש שלנו נמצא בתוך המים. הסיבה לכך היא שגלי קול עוברים על ידי תנועה פיזית של מולקולות, והתנועות של מולקולות האוויר פוגעות במולקולות המים של הבריכה ומעבירות חלק מגלי הקול. באופן דומה, גל ההדף יכול לעבור לתוך חומרים מוצקים כמו קירות הבית, ואף הגוף שלנו, ולגרום לנזק גדול כתוצאה מהלחץ הגבוה.
כמו כל בעיה מורכבת, יש גורמים רבים שיכולים להשפיע על נזקי גל ההדף. הגל יכול להיבלע בחומרים מסוימים, לעבור באחרים, להיות מוחזר ממשטחים מוצקים, וכולי. מה שישפיע לבסוף על אופי הנזק הוא המאפיינים של הפיצוץ המסוים, המבנים בסביבה, מבנה החלון, וכדומה.
ניפוץ חלונות בעוצמה עלול להגדיל את הסכנה מהפיצוץ, מכיוון שרסיסי זכוכים חדים שנעים במהירות גבוהה עלולים לפצוע ואף להרוג. לכן הנחיות פיקוד העורף קובעות כי בהעדר מרחב מוגן תקני, כמו ממ”ד, ממ”ק או מקלט, יש לבחור בחדר מדרגות פנימי, ללא קירות חיצוניים וחלונות שעלולים להתנפץ, או בחלל פנימי שמוקף בכמה שיותר קירות ועם כמה שפחות חלונות ופתחים. מטבח, מקלחת או שירותים אינם יכולים לשמש חלל מוגן, ויש להתרחק מקרמיקה, חרסינות וזכוכיות שעלולות להתנפץ.
עמית פנדו, מכון דוידסון לחינוך מדעי, הזרוע החינוכית של מכון ויצמן למדע
