Dlaczego błyskawica błyska i grzmot grzmi? Dlaczego jest grzmot? Powstawanie chmury burzowej, pojawienie się dźwięku, wyjaśnij, dlaczego grzmot grzmot i błyskawica.
Co to jest grzmot? Grzmot to dźwięk towarzyszący uderzeniu pioruna podczas burzy. Brzmi dość prosto, ale dlaczego błyskawica brzmi tak, a nie inaczej? Każdy dźwięk składa się z wibracji, które tworzą fale dźwiękowe w powietrzu. Piorun to potężna błyskawica, która wystrzeliwuje powietrze, wywołując wibracje. Wiele osób wielokrotnie zastanawiało się, skąd biorą się błyskawice i grzmoty i dlaczego grzmot poprzedza błyskawicę. Istnieją całkiem zrozumiałe przyczyny tego zjawiska.
Jak grzmi grzmot?
Energia elektryczna przepływa przez powietrze i powoduje wibracje cząstek powietrza. Błyskawicy towarzyszą niewiarygodnie wysokie temperatury, więc powietrze wokół niej również staje się bardzo gorące. Gorące powietrze rozszerza się, zwiększając siłę i liczbę wibracji. Co to jest grzmot? Są to wibracje dźwiękowe powstające podczas uderzeń pioruna.
Dlaczego grzmot nie grzmi jednocześnie z błyskawicą?
Widzimy błyskawicę, zanim usłyszymy grzmot, ponieważ światło porusza się szybciej niż dźwięk. Istnieje stary mit, że licząc sekundy między błyskawicą a grzmotem, można określić odległość do miejsca, gdzie szaleje burza. Jednak z matematycznego punktu widzenia założenie to nie ma podstaw naukowych, ponieważ prędkość dźwięku wynosi około 330 metrów na sekundę.
Zatem, aby grzmot przebył jeden kilometr, potrzeba 3 sekund. Dlatego bardziej poprawne byłoby policzenie liczby sekund między błyskawicą a dźwiękiem grzmotu, a następnie podzielenie tej liczby przez pięć, będzie to odległość do burzy.
Tym tajemniczym zjawiskiem jest błyskawica
Ciepło wytwarzane przez piorun podnosi temperaturę otaczającego powietrza do 27 000°C. Ponieważ błyskawica porusza się z niewiarygodną prędkością, ogrzane powietrze po prostu nie ma czasu na rozszerzanie się. Ogrzane powietrze jest sprężane, a jego ciśnienie atmosferyczne znacznie wzrasta i staje się od 10 do 100 razy wyższe niż normalnie. Sprężone powietrze wypływa z kanału pioruna, tworząc falę uderzeniową sprężonych cząstek w każdym kierunku. Podobnie jak eksplozja, szybko poruszające się fale sprężonego powietrza tworzą głośny, donośny wybuch hałasu.
Biorąc pod uwagę fakt, że prąd elektryczny podąża najkrótszą drogą, przeważająca liczba uderzeń pioruna ma charakter zbliżony do pionowego. Jednak błyskawica może również rozgałęziać się, w wyniku czego zmienia się również kolor dźwięku ryku grzmotu. Fale uderzeniowe z różnych rozwidleń piorunów odbijają się od siebie, a nisko wiszące chmury i pobliskie wzgórza pomagają stworzyć ciągły grzmot. Dlaczego jest grzmot? Grzmot jest spowodowany szybką ekspansją powietrza otaczającego ścieżkę pioruna.
Co powoduje błyskawicę?
Piorun to prąd elektryczny. Wewnątrz chmury burzowej, wysoko na niebie, liczne małe kawałki lodu (zamrożone krople deszczu) zderzają się ze sobą, przemieszczając się w powietrzu. Wszystkie te zderzenia tworzą ładunek elektryczny. Po pewnym czasie cała chmura zostaje wypełniona ładunkami elektrycznymi. Ładunki dodatnie, protony, tworzą się na górze chmury, a ładunki ujemne, elektrony, tworzą się na dole chmury. A jak wiemy, przeciwieństwa się przyciągają. Główny ładunek elektryczny skupia się wokół wszystkiego, co wystaje ponad powierzchnię. Mogą to być góry, ludzie lub samotne drzewa. Ładunek podnosi się z tych punktów i ostatecznie łączy się z ładunkiem opadającym z chmur.
Co powoduje grzmoty?
Co to jest grzmot? Jest to dźwięk wydawany przez błyskawicę, która w zasadzie jest strumieniem elektronów przepływających pomiędzy chmurą lub w niej, albo pomiędzy chmurą a ziemią. Powietrze wokół tych strumieni nagrzewa się do tego stopnia, że staje się trzykrotnie gorętsze niż powierzchnia Słońca. Mówiąc najprościej, błyskawica to jasny błysk energii elektrycznej.
Ten oszałamiający i zarazem przerażający spektakl grzmotów i błyskawic to połączenie dynamicznych wibracji cząsteczek powietrza i ich rozrywania pod wpływem sił elektrycznych. To wspaniałe widowisko po raz kolejny przypomina wszystkim o potężnej sile natury. Jeśli usłyszysz grzmot, wkrótce zabłyśnie błyskawica; lepiej nie przebywać w tym czasie na zewnątrz.
Grzmot: ciekawostki
- Możesz ocenić, jak blisko błyskawica jest, licząc sekundy między błyskiem a grzmotem. Na każdą sekundę przypada około 300 metrów.
- Podczas dużej burzy widzenie błyskawic i słyszenie grzmotów jest częstym zjawiskiem; grzmoty podczas opadów śniegu są bardzo rzadkie.
- Błyskawicy nie zawsze towarzyszy grzmot. W kwietniu 1885 roku podczas burzy pięć piorunów uderzyło w pomnik Waszyngtona, ale nikt nie usłyszał grzmotu.
Uważaj, błyskawico!
Błyskawica jest dość niebezpiecznym zjawiskiem naturalnym i lepiej trzymać się od niej z daleka. Będąc w pomieszczeniu podczas burzy, należy unikać wody. Jest doskonałym przewodnikiem prądu elektrycznego, dlatego nie bierz prysznica, nie myj rąk, nie myj naczyń ani nie praj. Nie używaj telefonu, gdyż piorun może uderzyć w zewnętrzne linie telefoniczne. Nie włączaj urządzeń elektrycznych, komputerów i sprzętu gospodarstwa domowego podczas burzy. Wiedząc, czym są grzmoty i błyskawice, ważne jest, aby zachować się prawidłowo, jeśli nagle zaskoczy Cię burza. Powinieneś trzymać się z daleka od okien i drzwi. Jeżeli w kogoś uderzy piorun, należy wezwać pomoc i pogotowie.
Burza to zjawisko atmosferyczne, choć nie tak rzadkie, jak na przykład zorza polarna czy światła św. Elma, ale nie mniej jasne i imponujące swoją niezłomną siłą i pierwotną mocą. Nie bez powodu wszyscy romantyczni poeci i prozaicy uwielbiają opisywać to w swoich dziełach, a zawodowi rewolucjoniści widzą w burzy symbol niepokojów społecznych i poważnych wstrząsów społecznych. Z naukowego punktu widzenia burza to ulewny deszcz, któremu towarzyszą nawałnice wiatru, błyskawice i grzmoty. Ale jeśli prawdopodobnie już wszystko rozumiesz na temat deszczu i wiatru, warto porozmawiać o innych składnikach burzy nieco bardziej szczegółowo.
Co to jest grzmot i błyskawica
Błyskawica to nazwa nadana potężnym wyładowaniom elektrycznym w atmosferze, które mogą wystąpić zarówno pomiędzy pojedynczymi chmurami cumulusowymi, jak i pomiędzy chmurami deszczowymi a ziemią. Piorun to rodzaj gigantycznego łuku elektrycznego, którego średnia długość wynosi 2,5 - 3 kilometry. O niesamowitej mocy błyskawicy świadczy fakt, że prąd w wyładowaniu osiąga dziesiątki tysięcy amperów, a napięcie sięga kilku milionów woltów. Biorąc pod uwagę, że tak fantastyczna moc jest uwalniana w ciągu kilku milisekund, wyładowanie atmosferyczne można nazwać rodzajem eksplozji elektrycznej o niesamowitej mocy. Jest oczywiste, że taka detonacja nieuchronnie powoduje pojawienie się fali uderzeniowej, która następnie przeradza się w falę dźwiękową i zanika w miarę rozprzestrzeniania się w powietrzu. W ten sposób staje się oczywiste, czym jest grzmot.
Grzmot to wibracja dźwiękowa powstająca w atmosferze pod wpływem fali uderzeniowej wywołanej silnym wyładowaniem elektrycznym. Biorąc pod uwagę, że powietrze w kanale pioruna natychmiast nagrzewa się do temperatury około 20 tysięcy stopni, która przekracza temperaturę powierzchni Słońca, takiemu wyładowaniu nieuchronnie towarzyszy ogłuszający ryk, jak każda inna bardzo potężna eksplozja. Ale błyskawica trwa krócej niż sekundę i słyszymy grzmoty długimi grzmotami. Dlaczego tak się dzieje, dlaczego grzmot grzmi? Naukowcy badający zjawiska atmosferyczne mają odpowiedź na to pytanie.
Dlaczego słyszymy grzmoty?
Pioruny powstają w atmosferze dlatego, że błyskawica, jak już powiedzieliśmy, ma bardzo dużą długość i dlatego dźwięk z różnych jej części nie dociera do naszego ucha w tym samym czasie, chociaż widzimy, jak światło błyska całkowicie w jeden moment. Ponadto występowanie grzmotów ułatwia odbicie fal dźwiękowych od chmur i powierzchni ziemi, a także ich załamanie i rozproszenie.
Grzmot to dźwięk błyskawicy przeszywającej powietrze. Kiedy pierwszy piorun uderza w ziemię, niesie ze sobą ładunek elektryczny. Ładunek iskrowy wystrzeliwuje w jej stronę z ziemi. Kiedy są połączone, prąd zaczyna wznosić się do chmury, zyskując siłę do 20 000 amperów. A temperatura kanału, przez który kierowany jest prąd, może osiągnąć ponad 250 000 C. Przy tak wysokiej temperaturze cząsteczki powietrza rozlatują się, a samo powietrze rozszerza się z prędkością ponaddźwiękową i tworzy fale uderzeniowe. Nazywa się ogłuszający ryk generowany przez takie fale grzmot om Ze względu na to, że prędkość światła znacznie przekracza prędkość dźwięku, błyskawica jest natychmiast widoczna, a grzmot usłyszane znacznie później grzmot ale występują ze względu na fakt, że dźwięk pochodzi z różnych części błyskawicy, która ma znaczną długość. Ponadto samo wyładowanie nie następuje natychmiastowo, ale trwa przez pewien czas. Powstały dźwięk może odbijać się echem od otaczających obiektów, takich jak góry, budynki i chmury. Dlatego ludzie słyszą nie jeden dźwięk, ale kilka doganiających się ech, grzmot którego kość może przekroczyć 100 decybeli.Aby w przybliżeniu obliczyć, w jakiej odległości uderzył piorun, należy zanotować liczbę sekund, jakie upłynęły od błysku do uderzenia grzmot A. A następnie podziel uzyskaną liczbę przez trzy. Porównując takie obliczenia, można również stwierdzić, czy burza się zbliża, czy odwrotnie. Zazwyczaj, grzmot Nowe dudnienie można usłyszeć w odległości 15 do 20 kilometrów od błyskawicy.
Bez względu na to, jak bardzo nauka wyjaśnia istotę elektryczności atmosferycznej, ludzie wciąż wzdrygają się, gdy uderza piorun, i mimowolnie kurczą się w oczekiwaniu na grzmot. Oczywiście u większości ludzi przemawia pamięć o odległych przodkach, próbując znaleźć przynajmniej jakąś ochronę przed niebiańskim ogniem.
W elektryczności atmosferycznej nie ma oczywiście nic nadprzyrodzonego, ale to nie sprawia, że błyskawica i następujące po niej grzmoty wyglądają mniej imponująco i groźnie. Czym właściwie jest błyskawica?
Jak wiecie ze szkolnych zajęć z fizyki, wszystkie obiekty mają bardzo określony ładunek elektryczny. Zderzenie naładowanych cząstek ze sobą prowadzi do powstania dużych obszarów ładunków dodatnich i ujemnych. Kiedy takie obszary znajdą się wystarczająco blisko siebie, następuje awaria i naładowane cząstki wpadają do utworzonego kanału. Ludzie postrzegają tę awarię jako uderzenie pioruna.
Jeśli jest to mniej więcej wyraźne wraz z błyskawicą, to dlaczego następuje po nim przerażający ryk, przypominający kanonadę artyleryjską? Wszakże ta sama fizyka przekonuje ludzi, że prądu elektrycznego nie da się zobaczyć, usłyszeć ani w żaden inny sposób wykryć, z wyjątkiem specjalnych urządzeń.
Jak się okazuje, cała sprawa tkwi w powietrzu, a raczej w jego właściwościach. Faktem jest, że będąc w istocie izolatorem, w momencie przebicia nagrzewa się do temperatury około 30 000°C. Co więcej, tempo nagrzewania i odpowiednio rozszerzania się środowiska powietrza rozszerza się gwałtownie, co prowadzi do pojawienia się fali uderzeniowej, którą ludzkie ucho odbiera jako ryk lub grzmot.
Dlatego błyskawica i grzmot są nierozłączne, ponieważ grzmot jest wynikiem błyskawicy. Twierdzenie, że rzekomo jest błyskawica bez grzmotu i odwrotnie, jest bezpodstawne.
Z drugiej strony, z piorunami i ich przejawami wiąże się całkiem sporo niewytłumaczalnych rzeczy. Takie rodzaje piorunów jak liniowa, sznurowa, linowa, taśmowa są dość dobrze znane i stosunkowo dobrze zbadane. Z kolei są zjednoczeni i rozgałęzieni. Najbardziej tajemniczą i dotychczas niezbadaną błyskawicą jest piorun kulisty. Wiąże się z nią najwięcej osobliwości i tajemnic, zarówno udokumentowanych, jak i niepotwierdzonych.
Wielu naocznych świadków wielokrotnie zauważało, że błyskawica migocze. Faktem jest, że błyskawica składa się z wielu kolejnych wyładowań trwających zaledwie kilka dziesiątych milionowych sekundy. Tworzy to efekt migotania.
Wyładowania piorunowe powstają pomiędzy pojedynczymi chmurami burzowymi, pomiędzy chmurą a ziemią, a czasami z nieznanych przyczyn wyładowania wędrują pionowo w niebo.
Jeśli chodzi o pioruny emanujące z chmur na ziemię, istnieją dwa znane typy: dodatnie i ujemne. Co więcej, zdaniem naukowców, to wyładowania dodatnie, ponieważ są silniejsze, prowadzą do pożarów.
Oczywiście wszyscy znają takie zjawisko atmosferyczne jak burza. Każdego dnia na Ziemi zdarza się co najmniej półtora tysiąca burz. Większość z nich obserwuje się nad kontynentami, znacznie mniej jest ich nad oceanami. Maksimum aktywności burzowej można zaobserwować nad terytorium Afryki Środkowej. Nad Arktyką i Antarktyką zjawisko to jest praktycznie nieobecne.
Burza jest jednym z najniebezpieczniejszych zjawisk naturalnych. Niewiele osób wie, ale liczbę zgonów, które miały miejsce podczas burz, można porównać jedynie z powodziami. Wyładowania elektryczne - błyskawice - występują wewnątrz chmury burzowej lub pomiędzy powierzchnią ziemi a chmurami cumulus, którym towarzyszą grzmoty. Dlaczego podczas burzy słychać grzmoty? Wiele osób jest zainteresowanych tym pytaniem, ale zanim na nie odpowie, należy zrozumieć, czym są grzmoty i błyskawice. Jaka jest ich natura, skąd się biorą?
Burza
Burza jest „wywoływana” przez energię powstającą podczas konwekcji powietrza. Cieplejsze powietrze unosi się do góry, jeśli dopływ wilgoci do górnych warstw jest wystarczający, powstają warunki wstępne do powstania burzy. W górnych warstwach atmosfery pomiędzy kawałkami lodu powstaje różnica ładunków elektrycznych na skutek ich szybkiego ruchu. Wysoka wilgotność, kry lodowe i ciepłe powietrze unoszące się znad ziemi przyczyniają się do powstawania chmur burzowych. Burze powodują tak straszne zjawisko jak tornada, które tak często zdarzają się nad kontynentem amerykańskim. Tornada powstają pod chmurami burzowymi.
Błyskawica
Ciekawostka: pioruny zdarzają się nie tylko na Ziemi. Astronomowie zarejestrowali błyskawice na Jowiszu, Saturnie, Wenus i Uranie. Siła prądu w wyładowaniu piorunowym waha się od 10 tysięcy do 100 tysięcy amperów, a napięcie może osiągnąć 50 milionów woltów! Piorun osiąga gigantyczne rozmiary - do 20 kilometrów. Temperatura wewnątrz pioruna może być pięciokrotnie wyższa niż temperatura na powierzchni Słońca.
Pojawienie się błyskawicy podczas burzy ułatwia elektryfikacja chmur. Dzieje się tak, ponieważ chmura burzowa jest bardzo duża. Jeśli szczyt takiej chmury znajduje się na wysokości siedmiu kilometrów, wówczas jej dolna krawędź może wisieć nad ziemią na wysokości pół kilometra. Na wysokości 3-4 kilometrów woda zamarza i zamienia się w małe kawałki lodu, które są w ciągłym ruchu pod wpływem rosnących prądów ciepłego powietrza unoszących się z ziemi.
Zderzając się ze sobą, kawałki lodu zostają naelektryzowane. Mniejsze są naładowane „dodatnio”, a większe – „ujemnie”. Ze względu na różnicę ciężaru małe kawałki lodu znajdują się na górze chmury burzowej, a duże na dole. Okazuje się, że góra chmury jest naładowana dodatnio, a dół jest naładowany ujemnie.
Zbliżając się do siebie, różnie naładowane obszary tworzą kanał plazmowy, przez który pędzą inne naładowane cząstki. To jest błyskawica, którą widzimy. Ponieważ cały prąd płynie po linii najmniejszego oporu, błyskawica pojawia się zygzakiem.
Grzmot
W czasach starożytnych ludzie w równym stopniu bali się grzmotów, jak i błyskawic. Nie bez powodu wiele narodów nazywa Najwyższego Boga Grzmotem. Każdemu uderzeniu pioruna towarzyszy grzmot. W rzeczywistości grzmot to wibracje w powietrzu. Latająca błyskawica wytwarza przed sobą silne ciśnienie, które wynika z silnego nagrzewania. Następnie powietrze jest ponownie sprężane. Fala dźwiękowa odbija się wielokrotnie od chmur i w tym momencie pojawiają się grzmoty.
Nawiasem mówiąc, w odstępie czasu między błyskawicą a grzmotem możesz określić przybliżoną odległość do burzy. Prędkość dźwięku zależy od gęstości powietrza, jej przybliżoną wartość można przyjąć na 300 metrów na sekundę. Po wykonaniu prostych obliczeń każdy uzyska przybliżoną odległość do szalejących elementów. Jeśli odległość do burzy jest bardzo duża (co najmniej 20 kilometrów), dźwięki grzmotów nie dotrą do uszu człowieka.
Podczas burzy nie należy chować się pod pojedynczymi drzewami. Istnieje bardzo duże prawdopodobieństwo, że piorun uderzy w drzewo. Burzę lepiej przeczekać w pomieszczeniu przy zamkniętych oknach. Jeśli nie jest to możliwe, schronieniem nadaje się gąszcz lasu.
Burza to przerażające zjawisko. Nieważne gdzie jesteśmy. W domu lub na ulicy. Wciąż przerażające. Oślepiający blask i przetaczający się ryk są przerażające. Dźwięki zdają się doganiać, raz się zbliżają, raz oddalają. W starożytności ludzie uważali niebiański ryk za gniew bogów. A błyskawica jest mieczem karzącym. Rozumiemy jednak, że istnieje bardziej ziemskie wyjaśnienie tych zjawisk. Dlaczego jest grzmot? Dlaczego jest nierozłączny z błyskawicą? Dlaczego podczas burzy pada deszcz?
Jak powstają chmury burzowe?
W powietrzu atmosferycznym występuje woda. W postaci pary. Pod wpływem wysokiej temperatury powietrza z powierzchni wody unosi się ciepła para. Ciepłe powietrze wypycha je od dołu.
W górnych warstwach atmosfery temperatura jest niższa. Im wyżej wznosi się para wodna, tym zimniejsze staje się otoczenie. W związku z tym ochładza się.
W atmosferze znajduje się coś więcej niż tylko gazy i woda. Jest też kurz. Schłodzona para skrapla się wokół najmniejszych cząstek. Małe kropelki wody i kawałki lodu zamieniają się w chmury. Oni są różni. W postaci piór lub ogromnych stosów, białych pasków na niebiańskim zboczu lub podartych szmat.
Chmury burzowe powstają w wyniku zderzenia mas powietrza. Następnie w górnej części gromadzi się wiele, wiele kryształków wody. Okazuje się, że jest to rodzaj białej, gęstej zasłony. Rozświetla całą chmurę zimnem, które przybiera bogatą ołowianą barwę. Dlatego nazywamy takie chmury „ołowiem”, „ciężkimi”.
Spawn Gromu i Błyskawicy
Chmury burzowe rodzą Bliskawitza. A błyskawica z kolei jest niebiańskim rykiem. Jak to się stało? Dlaczego jest grzmot?
1. Kropelki i kawałki lodu na szczycie chmury burzowej wchodzą w interakcję z cząsteczkami powietrza i ładują się elektrycznie. Gdy staną się ciężkie, upadają. Zatem dolna część chmury zostaje naładowana ujemnie.
2. W tym samym czasie na szczycie chmury gromadzi się ładunek dodatni. A plus i minus przyciągają.
3. Pod wpływem przyciągania pozytywów i negatywów powstaje napięcie. Biorąc pod uwagę wielkość chmury (do dziesięciu kilometrów szerokości), napięcie to sięga setek milionów woltów. Tak rodzi się błyskawica.
4. Iskra wyłaniająca się z chmury spada na ziemię. Jej temperatura jest ogromna – ponad dwadzieścia stopni. W wyniku szybkiego ruchu ognistej strzały w atmosferze powstaje wielkie ciśnienie. A zaraz za nim powietrze gwałtownie się kompresuje, wracając do pierwotnego stanu. Rezultatem jest wybuchowy dźwięk. Tak rodzi się grzmot.
Często zadawane pytania:
Dlaczego najpierw widzimy błyskawicę, a potem słyszymy dźwięk grzmotu?
Ponieważ prędkość światła jest setki milionów razy większa niż prędkość dźwięku.
Dlaczego słyszymy grzmoty?
Ponieważ fale dźwiękowe napotykają na swojej drodze różne przeszkody (chmury, ziemia) i odbijają się od nich. To zdarza się wiele razy. Stąd odgłosy przetaczającego się grzmotu.
Czasami widzimy bliskovitsa, ale nie słyszymy grzmotu. Dlaczego?
Burza jest zbyt daleko od nas, ponad dwadzieścia kilometrów.
Co to jest grzmot? Grzmot to dźwięk towarzyszący uderzeniu pioruna podczas burzy. Brzmi dość prosto, ale dlaczego błyskawica brzmi tak, a nie inaczej? Każdy dźwięk składa się z wibracji, które tworzą fale dźwiękowe w powietrzu. Piorun to potężna błyskawica, która wystrzeliwuje powietrze, wywołując wibracje. Wiele osób wielokrotnie zastanawiało się, skąd biorą się błyskawice i grzmoty i dlaczego grzmot poprzedza błyskawicę. Istnieją całkiem zrozumiałe przyczyny tego zjawiska.
Jak grzmi grzmot?
Energia elektryczna przepływa przez powietrze i powoduje wibracje cząstek powietrza. Błyskawicy towarzyszą niewiarygodnie wysokie temperatury, więc powietrze wokół niej również staje się bardzo gorące. Gorące powietrze rozszerza się, zwiększając siłę i liczbę wibracji. Co to jest grzmot? Są to wibracje dźwiękowe powstające podczas uderzeń pioruna.
Dlaczego grzmot nie grzmi jednocześnie z błyskawicą?
Widzimy błyskawicę, zanim usłyszymy grzmot, ponieważ światło porusza się szybciej niż dźwięk. Istnieje stary mit, że licząc sekundy między błyskawicą a grzmotem, można określić odległość do miejsca, gdzie szaleje burza. Jednak z matematycznego punktu widzenia założenie to nie ma podstaw naukowych, ponieważ prędkość dźwięku wynosi około 330 metrów na sekundę.
Zatem, aby grzmot przebył jeden kilometr, potrzeba 3 sekund. Dlatego bardziej poprawne byłoby policzenie liczby sekund między błyskawicą a dźwiękiem grzmotu, a następnie podzielenie tej liczby przez pięć, będzie to odległość do burzy.
Tym tajemniczym zjawiskiem jest błyskawica
Ciepło wytwarzane przez piorun podnosi temperaturę otaczającego powietrza do 27 000°C. Ponieważ błyskawica porusza się z niewiarygodną prędkością, ogrzane powietrze po prostu nie ma czasu na rozszerzanie się. Ogrzane powietrze jest sprężane, a jego ciśnienie atmosferyczne znacznie wzrasta i staje się od 10 do 100 razy wyższe niż normalnie. Sprężone powietrze wypływa z kanału pioruna, tworząc falę uderzeniową sprężonych cząstek w każdym kierunku. Podobnie jak eksplozja, szybko poruszające się fale sprężonego powietrza tworzą głośny, donośny wybuch hałasu.
Biorąc pod uwagę fakt, że prąd elektryczny podąża najkrótszą drogą, przeważająca liczba uderzeń pioruna ma charakter zbliżony do pionowego. Jednak błyskawica może również rozgałęziać się, w wyniku czego zmienia się również kolor dźwięku ryku grzmotu. Fale uderzeniowe z różnych rozwidleń piorunów odbijają się od siebie, a nisko wiszące chmury i pobliskie wzgórza pomagają stworzyć ciągły grzmot. Dlaczego jest grzmot? Grzmot jest spowodowany szybką ekspansją powietrza otaczającego ścieżkę pioruna.
Co powoduje błyskawicę?
Piorun to prąd elektryczny. Wewnątrz chmury burzowej, wysoko na niebie, liczne małe kawałki lodu (zamrożone krople deszczu) zderzają się ze sobą, przemieszczając się w powietrzu. Wszystkie te zderzenia tworzą ładunek elektryczny. Po pewnym czasie cała chmura zostaje wypełniona ładunkami elektrycznymi. Ładunki dodatnie, protony, tworzą się na górze chmury, a ładunki ujemne, elektrony, tworzą się na dole chmury. A jak wiemy, przeciwieństwa się przyciągają. Główny ładunek elektryczny skupia się wokół wszystkiego, co wystaje ponad powierzchnię. Mogą to być góry, ludzie lub samotne drzewa. Ładunek podnosi się z tych punktów i ostatecznie łączy się z ładunkiem opadającym z chmur.
Co powoduje grzmoty?
Co to jest grzmot? Jest to dźwięk wydawany przez błyskawicę, która w zasadzie jest strumieniem elektronów przepływających pomiędzy chmurą lub w niej, albo pomiędzy chmurą a ziemią. Powietrze wokół tych strumieni nagrzewa się do tego stopnia, że staje się trzykrotnie gorętsze niż powierzchnia Słońca. Mówiąc najprościej, błyskawica to jasny błysk energii elektrycznej.
Ten oszałamiający i zarazem przerażający spektakl grzmotów i błyskawic to połączenie dynamicznych wibracji cząsteczek powietrza i ich rozrywania pod wpływem sił elektrycznych. To wspaniałe widowisko po raz kolejny przypomina wszystkim o potężnej sile natury. Jeśli usłyszysz grzmot, wkrótce zabłyśnie błyskawica; lepiej nie przebywać w tym czasie na zewnątrz.
Grzmot: ciekawostki
- Możesz ocenić, jak blisko błyskawica jest, licząc sekundy między błyskiem a grzmotem. Na każdą sekundę przypada około 300 metrów.
- Podczas dużej burzy widzenie błyskawic i słyszenie grzmotów jest częstym zjawiskiem; grzmoty podczas opadów śniegu są bardzo rzadkie.
- Błyskawicy nie zawsze towarzyszy grzmot. W kwietniu 1885 roku podczas burzy pięć piorunów uderzyło w pomnik Waszyngtona, ale nikt nie usłyszał grzmotu.
Uważaj, błyskawico!
Błyskawica jest dość niebezpiecznym zjawiskiem naturalnym i lepiej trzymać się od niej z daleka. Będąc w pomieszczeniu podczas burzy, należy unikać wody. Jest doskonałym przewodnikiem prądu elektrycznego, dlatego nie bierz prysznica, nie myj rąk, nie myj naczyń ani nie praj. Nie używaj telefonu, gdyż piorun może uderzyć w zewnętrzne linie telefoniczne. Nie włączaj urządzeń elektrycznych, komputerów i sprzętu gospodarstwa domowego podczas burzy. Wiedząc, czym są grzmoty i błyskawice, ważne jest, aby zachować się prawidłowo, jeśli nagle zaskoczy Cię burza. Powinieneś trzymać się z daleka od okien i drzwi. Jeżeli w kogoś uderzy piorun, należy wezwać pomoc i pogotowie.
Długo oczekiwanemu ustąpieniu upałów towarzyszą silne burze. W zeszłym tygodniu w Petersburgu doszło do dwóch silnych burz. Widok był straszny. Wydawało się, że niebo pęka i rozdziera się, błyskawice przypominają eksplozje.
Dlaczego powstaje taka burza, jak powstaje w atmosferze? Takie pytania przychodzą mi do głowy właśnie w tym burzliwym czasie. Spróbujmy to rozgryźć na podstawie kompetentnych źródeł. Jak to zobaczysz temperatura odgrywa tu kluczową rolę.
Gdzie najczęściej występują burze?
Przez kontynenty w tropikach. Burz nad oceanem jest o rząd wielkości mniej. Jedną z przyczyn tej asymetrii jest intensywna konwekcja na obszarach kontynentalnych, gdzie ląd jest efektywnie ogrzewany przez promieniowanie słoneczne. Gwałtowny wzrost ogrzanego powietrza powoduje powstawanie silnych, konwekcyjnych chmur pionowych, w których górnej części temperatura spada poniżej -40°C. W efekcie tworzą się cząstki lodu, granulki śniegu i gradu, których oddziaływanie na tle szybkiego przepływu ku górze prowadzi do rozdzielenia ładunków.
Około 78% wszystkich wyładowań atmosferycznych rejestruje się pomiędzy 30° szerokości geograficznej południowej. i 30°N. Maksymalne średnie zagęszczenie liczby ognisk na jednostkę powierzchni Ziemi obserwuje się w Afryce (Rwanda). Całe dorzecze rzeki Kongo, o powierzchni około 3 milionów km2, regularnie wykazuje największą aktywność wyładowań atmosferycznych.
Jak ładuje się chmura burzowa?
To najciekawsze pytanie w „nauce o burzach”. Chmury burzowe są ogromne. Aby w skali kilku kilometrów mogło powstać pole elektryczne porównywalne wielkością z polem przebicia (około 30 kV/cm dla powietrza w normalnych warunkach), konieczne jest, aby przypadkowa wymiana ładunków podczas zderzeń chmur stałych lub ciekłych cząstki prowadzą do skoordynowanego, zbiorowego efektu dodawania mikroprądów do prądu makroskopowego o bardzo dużej wartości (kilka amperów). Jak pokazują pomiary pola elektrycznego na powierzchni ziemi, a także wewnątrz środowiska chmur (na cylindrach, samolotach i rakietach), w typowej chmurze burzowej „główny” ładunek ujemny – średnio kilkadziesiąt kulombów – zajmuje zakres wysokości odpowiadający temperaturom od 10 do 25°C. „Główny” ładunek dodatni również wynosi kilkadziesiąt kulombów, ale znajduje się powyżej głównego ładunku ujemnego, więc większość wyładowań atmosferycznych z chmury do ziemi nadaje ziemi ładunek ujemny. Jednak w dolnej części chmury często można znaleźć również mniejszy (10 C) ładunek dodatni.
Aby wyjaśnić opisaną powyżej (trójbiegunową) strukturę pola i ładunku w chmurze burzowej, rozważa się wiele mechanizmów separacji ładunków. Zależą one przede wszystkim od czynników takich jak temperatura i skład fazowy ośrodka. Pomimo obfitości różnych mikrofizycznych mechanizmów elektryfikacji, wielu autorów obecnie rozważa główną, nieindukcyjną wymianę ładunków podczas zderzeń małych (o rozmiarach od kilku do kilkudziesięciu mikrometrów) kryształków lodu i cząstek ziaren śniegu. W doświadczeniach laboratoryjnych ustalono, że istnieje charakterystyczna wartość temperatury, przy której zmienia się znak ładunku, tzw. punkt odwrócenia, zwykle pomiędzy 15 a 20°C. To właśnie ta cecha sprawiła, że ten mechanizm stał się tak popularny, gdyż biorąc pod uwagę typowy profil temperaturowy w chmurze, wyjaśnia on trójbiegunową strukturę rozkładu gęstości ładunku.
Niedawne eksperymenty wykazały, że wiele chmur burzowych ma jeszcze bardziej złożoną strukturę ładunków kosmicznych (do sześciu warstw). Prądy wstępujące w takich chmurach mogą być słabe, ale pole elektryczne ma stabilną strukturę wielowarstwową. W pobliżu izotermy zerowej (0°C) tworzą się tu dość wąskie (kilkaset metrów grubości) i stabilne warstwy ładunku kosmicznego, które w dużej mierze odpowiadają za dużą aktywność wyładowań atmosferycznych. Kwestia mechanizmu i wzorców powstawania warstwy ładunku dodatniego w sąsiedztwie izotermy zerowej pozostaje dyskusyjna. Opracowany w IAP model, oparty na mechanizmie rozdziału ładunku podczas topienia cząstek lodu, potwierdza powstawanie warstwy ładunku dodatniego podczas topienia cząstek lodu w pobliżu izotermy zerowej na wysokości około 4 km. Obliczenia wykazały, że w ciągu 10 minut tworzy się struktura pola o wartości maksymalnej około 50 kV/m.
Jak uderza piorun?
Istnieje kilka teorii. Niedawno zaproponowano i zbadano nowy scenariusz błyskawicy związany z osiągnięciem przez chmurę reżimu samoorganizującej się krytyczności. W modelu ogniw elektrycznych (o charakterystycznej wielkości ~1-30 m) z potencjałem narastającym losowo w czasie i przestrzeni, oddzielne rozbicie na małą skalę pomiędzy parą ogniw może spowodować „epidemię” mikroprocesorów wewnątrzchmurowych -wyładowania - rozgrywa się stochastyczny proces fraktalnej „metalizacji” środowiska wewnątrzchmurowego, tj. szybkie przejście środowiska chmurowego w stan przypominający wolumetryczną sieć dynamicznie przewodzących nici, na tle której tworzy się widoczny dla oka kanał piorunowy – przewodzący kanał plazmowy, przez który przenoszony jest główny ładunek elektryczny
Według niektórych koncepcji wyładowanie jest inicjowane przez wysokoenergetyczne promienie kosmiczne, które uruchamiają proces zwany niekontrolowanym rozpadem elektronów. Co ciekawe, obecność komórkowej struktury pola elektrycznego w chmurze burzowej okazuje się istotna dla procesu przyspieszania elektronów do energii relatywistycznych. Losowo zorientowane ogniwa elektryczne wraz z przyspieszeniem gwałtownie wydłużają czas życia relatywistycznych elektronów w chmurze ze względu na dyfuzyjny charakter ich trajektorii. Pozwala to wyjaśnić znaczny czas trwania rozbłysków promieniowania rentgenowskiego i gamma oraz charakter ich związku z wyładowaniami atmosferycznymi. Rolę promieni kosmicznych dla elektryczności atmosferycznej należy wyjaśnić eksperymentami mającymi na celu zbadanie ich korelacji ze zjawiskami burzowymi. Takie eksperymenty są obecnie prowadzone w wysokogórskiej stacji naukowej Tien Shan Instytutu Fizycznego Rosyjskiej Akademii Nauk oraz w Obserwatorium Baksan Neutrino Instytutu Badań Jądrowych Rosyjskiej Akademii Nauk.
Należy również zauważyć, że zjawiska wyładowań w środkowej atmosferze, korelujące z aktywnością burzową, otrzymały różne nazwy w zależności od wysokości nad Ziemią. Są to duszki (obszar blasku rozciąga się od wysokości 50-55 km do 85-90 km nad ziemią, a czas trwania błysku waha się od jednostek do kilkudziesięciu milisekund), elfy (wysokości - 70-90 km, czas trwania krótszy niż 100 μs) i dżety (wyładowania rozpoczynające się na szczycie chmury i czasami rozprzestrzeniające się na wysokości mezosfery z prędkością około 100 km/s).
Temperatura błyskawicy
W literaturze można znaleźć dane, że temperatura kanału piorunowego podczas wyładowania głównego może przekraczać 25 000°C. Wyraźne dowody na to, że temperatura pioruna może osiągnąć 1700 ° C, znajdują się na skalistych szczytach gór oraz na obszarach o silnej aktywności burzowej: fulguryty (od łacińskiego fulgur - uderzenie pioruna) - rurki kwarcowe spiekane w wyniku uderzenia pioruna, które mogą mieć różną barwę dziwne kształty.
Zdjęcie przedstawia fulguryt znaleziony w 2006 roku w Arizonie w USA (szczegóły na stronie www.notjustrocks.com). Wygląd szklanej rurki wynika z faktu, że pomiędzy ziarnami piasku zawsze znajduje się powietrze i wilgoć. Prąd elektryczny pioruna podgrzewa powietrze i parę wodną do ogromnych temperatur w ułamku sekundy, powodując gwałtowny wzrost ciśnienia powietrza pomiędzy ziarnami piasku i jego ekspansję. Rozprężające się powietrze tworzy cylindryczną wnękę wewnątrz stopionego piasku. Późniejsze szybkie ochłodzenie utrwala fulguryt, szklaną rurkę w piasku. Fulguryty, składające się ze stopionej krzemionki, zwykle pojawiają się w postaci rurek w kształcie stożka, grubych jak ołówek lub palec. Ich wewnętrzna powierzchnia jest gładka i stopiona, a powierzchnię zewnętrzną tworzą ziarna piasku i wtrącenia obce przylegające do roztopionej masy. Kolor fulgurytów zależy od zanieczyszczeń mineralnych w piaszczystej glebie. Fulguryt jest bardzo kruchy, a próby usunięcia przyklejonego piasku często prowadzą do jego zniszczenia. Dotyczy to zwłaszcza rozgałęzionych fulgurytów powstających w mokrym piasku. Średnica rurowego fulgurytu wynosi nie więcej niż kilka centymetrów, długość może sięgać kilku metrów, znaleziono fulguryt o długości 5-6 metrów.
Badanie wyładowań atmosferycznych i ogólnie elektryczności atmosferycznej jest bardzo interesującą i ważną dziedziną naukową. Na ten temat opublikowano wiele prac naukowych i artykułów popularnonaukowych. Na końcu naszej notatki znajduje się link do jednego z najbardziej kompleksowych artykułów przeglądowych.
Podsumowując, chciałbym zauważyć, że piorun stanowi poważne zagrożenie dla życia ludzkiego. Porażenie osoby lub zwierzęcia przez piorun często ma miejsce na otwartej przestrzeni, ponieważ prąd elektryczny podąża najkrótszą drogą „chmura burzowa – ziemia”. Często piorun uderza w drzewa i instalacje transformatorowe na torach kolejowych, powodując ich zapalenie. Wewnątrz budynku nie da się trafić zwykłym piorunem liniowym, jednak panuje opinia, że przez szczeliny i otwarte okna może przedostać się tzw. piorun kulisty. Zwykłe wyładowania atmosferyczne są niebezpieczne dla anten telewizyjnych i radiowych umieszczonych na dachach wieżowców, a także dla sprzętu sieciowego.
Chmury burzowe to ogromna masa wielu kropel wody. Prądy powietrza powodują przemieszczanie się chmur, które podczas tego ruchu stają się naładowane elektrycznie. Kiedy ładunek ten staje się zbyt duży, następuje wyładowanie. Piorun, który widzimy przeskakujący pomiędzy niebem a ziemią, wyładowuje chmury, ale jednocześnie powietrze się nagrzewa, co powoduje „eksplozję”. Eksplozji tej towarzyszy głośny dźwięk, zwany grzmotem. Jednakże, Dlaczego grzmot nie brzmi jak pojedyncze klaśnięcie?, i długotrwałe skutki?
Jest na to proste wyjaśnienie. Piorun może mieć kilka kilometrów długości i widzimy go natychmiast i całkowicie. Ponieważ prędkość światła jest znacznie większa od prędkości dźwięku, grzmoty słyszymy po pewnym czasie i nie od razu, ale falami, czyli grzmotami.
Teraz staje się jasne dlaczego grzmot grzmi dudni i dzięki tej funkcji możesz obliczyć, ile kilometrów dzieli Cię od burzy. Aby to zrobić, musisz policzyć czas między błyskawicą a pierwszym grzmotem. Każde trzy sekundy to jeden kilometr, więc obliczony czas musisz podzielić przez trzy, a wynikiem będzie dokładnie odległość, z której uderzyła w ciebie błyskawica.
Podczas burzy najlepiej zostać w domu, jeśli jednak złapie Cię na ulicy, w żadnym wypadku nie chowaj się przed nią pod drzewem. Jak wykazały badania, piorun uderza w wysoki, spiczasty przedmiot, dlatego piorunochrony są długie i ostre.