Γιατί το Thunder ακούγεται όπως ακούγεται;

Οι κεραυνοί είναι κρουστικά κύματα που δημιουργούνται από την ταχεία διαστολή του αέρα μετά το σχηματισμό κεραυνών. Καθώς διαδίδεται, τα κρουστικά κύματα εξασθενούν, αντανακλώνται και επικαλύπτονται, με αποτέλεσμα τη μετατροπή της βροντής από ένα απότομο χτύπημα σε ένα χαμηλό βουητό.

Οι κεραυνοί και ο βροντερός ήχος της βροντής έχουν ιντριγκάρει και παρασύρει τους ανθρώπους για αιώνες. Οι αρχαίοι Έλληνες πίστευαν ότι η βροντή ήταν το όπλο του Δία, του Έλληνα θεού των κεραυνών. Σύμφωνα με τη σκανδιναβική μυθολογία, ο Θορ θεωρούνταν ο θεός της βροντής. Στην ινδουιστική μυθολογία, ο Ίντρα θεωρείται ο θεός του ουρανού και της βροντής. Από την αρχαιότητα, ξεκάθαρα, οι βροντές θεωρούνταν ιερές και μαγικές.

Σήμερα, με την πρόοδο της επιστήμης, έχουμε καταλάβει ακριβώς τι προκαλεί τη βροντή και τα διακριτικά στρώματα ήχων της.

Τώρα, ας προχωρήσουμε και ας εξερευνήσουμε την επιστήμη πίσω από τον τρομακτικό αλλά συναρπαστικό ήχο της βροντής!

Τι προκαλεί το Thunder;

Με απλά λόγια, βροντή είναι ο ήχος που παράγεται από τον κεραυνό.

Όλα ξεκινούν με ένα σύννεφο φτιαγμένο από σταγονίδια νερού και κρυστάλλους πάγου. Κατά τη διάρκεια μιας καταιγίδας, αυτοί οι κρύσταλλοι πάγου κινούνται και συγκρούονται μεταξύ τους. Στη διαδικασία, μεταφέρουν τα ηλεκτρόνια τους μεταξύ τους, με αποτέλεσμα το σχηματισμό θετικά και αρνητικά φορτισμένων σωματιδίων.

Η καταιγίδα και ο άνεμος αναγκάζουν τα ελαφρύτερα θετικά ιόντα να κινηθούν προς τα πάνω και τα βαρύτερα αρνητικά ιόντα να καθιζάνουν. Έτσι, το φορτίο στο σύννεφο διαχωρίζεται. Καθώς αυτά τα φορτία συσσωρεύονται, τα σύννεφα περιμένουν την ευκαιρία να εκφορτιστούν με κάποιο τρόπο και να εξουδετερωθούν.

Στη συνέχεια, όταν τα σύννεφα πετούν πάνω από θετικά φορτισμένο έδαφος, τα αρνητικά φορτία του νέφους και τα θετικά φορτία του εδάφους προσπαθούν να κάνουν μια σύνδεση. Όταν συμβεί αυτό, συμβαίνει μια ξαφνική μετατόπιση ηλεκτρονίων μέσω ενός μικροσκοπικού καναλιού αέρα και BOOM — γινόμαστε μάρτυρες μιας αστραπής!

Lightning (Φωτογραφία :bubblea/Shutterstock)

Ο κεραυνός μπορεί να συμβεί μέσα σε ένα σύννεφο, ανάμεσα σε δύο σύννεφα ή ανάμεσα σε ένα σύννεφο και το έδαφος. Ένας κεραυνός παράγει μια τεράστια ποσότητα ενέργειας με τη μορφή θερμότητας και φωτός. Αυτή η ζέστη είναι που προκαλεί τον συγκλονιστικό ήχο της βροντής.

Ανατομία της βροντής

Η απέραντη θερμότητα που απελευθερώνεται από τον κεραυνό υπερθερμαίνει τον αέρα γύρω του. Ως αποτέλεσμα, τα μόρια του αέρα δονούνται έντονα και διαστέλλονται ξαφνικά, στέλνοντας ένα ωστικό κύμα στον αέρα. Αυτή η απότομη κίνηση του αέρα γίνεται αντιληπτή από το αυτί μας ως το τρίξιμο της βροντής.

Αλλά δεν είναι μόνο αυτό… αν έχετε ακούσει ποτέ βροντή, ξέρετε ότι δεν μπορούμε να τον ορίσουμε ως έναν ξεχωριστό ήχο με αρχή και τέλος. Ο ηχητικός ήχος της βροντής είναι ένα μείγμα διαφορετικών συχνοτήτων, καθιστώντας τον μια απρόβλεπτη αλλά και διακριτή μελωδία της φύσης.

Ξεκινά με ένα δυνατό κράξιμο ήχου που ονομάζεται α κεραυνός, ο οποίος ακολουθείται από σβησμένα τριξίματα που ονομάζονται βροντές. Αυτά τελικά εξαφανίζονται ως ένα χαμηλό βουητό ή ένα αδύναμο ρολό.

Τι είναι το thunderclap;

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, ο κεραυνός παράγει μια τεράστια ποσότητα θερμότητας. Στην πραγματικότητα, ένας κεραυνός μπορεί να θερμάνει τον περιβάλλοντα αέρα σε θερμοκρασία 20000-32000oC—σχεδόν 5 φορές θερμότερη από την επιφάνεια του ήλιου! Όπως όλοι γνωρίζουμε, όταν ο αέρας θερμαίνεται, διαστέλλεται.

Ωστόσο, όταν ο αέρας θερμαίνεται σχεδόν στους 30000 βαθμούς μέσα σε ένα κλάσμα του δευτερολέπτου, η διαστολή είναι παρόμοια με μια έκρηξη. Στην πραγματικότητα, ονομάζεται εκρηκτική επέκταση και δημιουργεί κρουστικά κύματα παρόμοια με ηχητικές εκρήξεις στην ατμόσφαιρα.

Ομοίως, όταν ο κεραυνός σταματήσει, ο ζεστός αέρας ψύχεται με γρήγορο ρυθμό. Αυτό προκαλεί μια ξαφνική συμπίεση του διογκωμένου αέρα, με αποτέλεσμα μια έκρηξη . Αυτά τα ωστικά κύματα που δημιουργούνται από την απότομη διαστολή και συμπίεση του αέρα είναι αυτό που ακούτε ως το εκκωφαντικό κρότο που ονομάζεται κεραυνός.

Οι κεραυνοί υπερθερμαίνουν τον περιβάλλοντα αέρα (Δικαιώματα φωτογραφιών :sondem/Shutterstock)

Κατά μέσο όρο, ένας κεραυνός μπορεί να ακουστεί έως και 16 χιλιόμετρα από την πηγή του κεραυνού. Όσο πιο κοντά βρίσκεστε στον κεραυνό, τόσο περισσότερες πιθανότητες έχετε να ακούσετε έναν κεραυνό (και τόσο περισσότερες πιθανότητες να σας χτυπήσει κεραυνός!)

Ωστόσο, καθώς η απόσταση αυξάνεται, το χτύπημα γίνεται πιο πνιχτό, οπότε αντί για ένα απότομο ράγισμα, μπορεί να ακούσετε μια αντηχητική έκρηξη. Αυτός ο ήχος ονομάζεται βροντή μπουμ .

Γιατί βροντάει η βροντή;

Όταν ακούτε τη λέξη βροντή, το πρώτο πράγμα που μπορεί να σας έρθει στο μυαλό είναι ένας χαλαρωτικός και βουητός ήχος στον ουρανό.

Καθώς ο κεραυνός διαδίδεται στην ατμόσφαιρα, μπορεί να απορροφηθεί, να αντανακλάται, να επικαλύπτεται, να εξασθενεί ή να πνίγεται ανάλογα με την απόσταση και το περιβάλλον. Όλοι αυτοί οι παράγοντες μεταμορφώνουν τον κεραυνό σε ένα χαμηλό βουητό.

Πώς ο κεραυνός επηρεάζει τον ήχο της βροντής

Το ζιγκ-ζαγκ σχήμα του κεραυνού είναι ένας από τους λόγους πίσω από το βουητό. Δεδομένου ότι ο ήχος από διαφορετικά μέρη του κεραυνού φθάνει στα αυτιά μας σε διαφορετικές στιγμές, αντί για μια απότομη ρωγμή, ακούμε περισσότερο έναν συνεχή ήχο.

Επιπλέον, ένας κεραυνός αποτελείται από πολλαπλούς κεραυνούς. Μια μελέτη διαπίστωσε ότι, κατά μέσο όρο, μια αστραπή αποτελείται από 3-7 παλαμάκια που συμβαίνουν μέσα σε 1-3 δευτερόλεπτα. Σε τέτοιες περιπτώσεις, ο ήχος από πολλαπλά παλαμάκια μπορεί να επικαλύπτεται και να παράγει μια έκρηξη από ρωγμές και βροντές.

Επικάλυψη ηχητικών κυμάτων (Πιστωτική φωτογραφία :OpenStax/Wikimedia commons)

Εκτός από αυτούς τους παράγοντες, ο ήχος της βροντής εξαρτάται επίσης από τη δύναμη και τη δύναμη του κεραυνού και το κανάλι αέρα μέσα από το οποίο ρέει.

Εξασθένηση του Thunder

Η εξασθένηση είναι ένας άλλος παράγοντας που έχει ως αποτέλεσμα το χαμηλού τόνου βουητό. Ένα κεραυνό αποτελείται από ένα μείγμα συχνοτήτων από υψηλή έως χαμηλή. Ωστόσο, παράγοντες όπως η απορρόφηση από τον αέρα και η απόσταση που διαδίδεται θα αποδυναμώσουν αυτά τα κύματα.

Οι υψηλότερες συχνότητες επηρεάζονται περισσότερο από αυτή την εξασθένηση. Καθώς διαδίδονται, οι υψηλότερες συχνότητες τεντώνονται και διαχέονται. Αντίθετα, οι χαμηλότερες συχνότητες είναι σχετικά ανεπηρέαστες. Κάτω από μια συχνότητα 100 Hz, η εξασθένηση είναι σχεδόν ασήμαντη. Έτσι, καθώς ο ήχος ταξιδεύει σε μεγάλη απόσταση, το μόνο που πέφτει στα αυτιά μας είναι το χαμηλότερο εύρος συχνοτήτων, γι' αυτό και τα βουητά είναι τόσο χαμηλά.

Οι υψηλότερες συχνότητες διαχέονται λόγω της εξασθένησης

Αρκετοί παράγοντες, όπως η θερμοκρασία, η ισχύς του ανέμου, οι αναταράξεις, η τοπική τοπογραφία και οι μοριακές αλληλεπιδράσεις επηρεάζουν επίσης τον ήχο της βροντής. Για παράδειγμα, εάν υπάρχουν πολλά δέντρα ή βουνά στο έδαφος, ο ήχος αναπηδά και αντηχεί, οδηγώντας σε ένα πιο ηχηρό βουητό. Αυτός είναι ο λόγος που οι βροντές είναι τόσο απρόβλεπτες. Εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την κατάσταση του περιβάλλοντος.

Σταδιακά, ακόμη και το βουητό της βροντής γίνεται πιο αχνό μέχρι που το μόνο που ακούτε είναι ένας μακρινός αδύναμος ήχος κύλισης. Αυτό ονομάζεται ρολό με βροντή . Λόγω της επίδρασης της εξασθένησης, πέρα ​​από μια απόσταση 25 χιλιομέτρων από την πηγή, ο ήχος της βροντής ακούγεται σπάνια.

Έτσι, οι βροντές ξεκινούν ως ένα μεγαλοπρεπές κρότο και σβήνουν ως ένα αχνό ανακατεύοντας μουρμουρητό.

Μπορεί το Thunder να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση της απόστασης του κεραυνού;

Όλοι γνωρίζουμε ότι το φως ταξιδεύει πιο γρήγορα από τον ήχο. Αυτός είναι ο λόγος που ακούτε τον ήχο της βροντής λίγη ώρα αφότου βλέπετε κεραυνό. Το φως ταξιδεύει με περίπου 299.792.458 μέτρα ανά δευτερόλεπτο, πράγμα που σημαίνει ότι βλέπετε την αστραπή (σχεδόν) αμέσως καθώς εμφανίζεται. Ο ήχος, όμως, χρειάζεται 3 δευτερόλεπτα για να διανύσει 1 χλμ., γι' αυτό ακούς τον κεραυνό πολύ αργότερα. Ας δούμε πώς αυτό μας βοηθά να υπολογίσουμε την απόσταση του κεραυνού.

Τη στιγμή που θα δείτε μια αστραπή, αρχίστε να μετράτε τα δευτερόλεπτα μέχρι να ακούσετε τη βροντή. Εφόσον ο ήχος χρειάζεται 3 δευτερόλεπτα για να καλύψει ένα χιλιόμετρο, διαιρώντας τον συνολικό χρόνο με το 3 μας δίνει την απόσταση που έχει διανύσει ο ήχος.

, , και ούτω καθεξής.

Για παράδειγμα, αν ακούσετε τη βροντή 6 δευτερόλεπτα αφού δείτε τον κεραυνό. η συνολική απόσταση που διανύει ο ήχος είναι 6/3 =2, που σημαίνει ότι ο κεραυνός εμφανίστηκε 2 χλμ μακριά από εσάς. Σημαίνει επίσης ότι είναι καιρός να καταφύγετε και να παραμείνετε ασφαλείς. Όπως λέει και η παροιμία, «Όταν βρυχάται η βροντή, πήγαινε σε εσωτερικό χώρο!»

Συμπέρασμα

Μέχρι στιγμής, έχουμε συζητήσει τα μοτίβα της βροντής που δημιουργούνται από ένα μόνο χτύπημα κεραυνού, αλλά σε περίπτωση μεγάλης καταιγίδας, αυτά τα φαινόμενα συμβαίνουν σε πολύ μεγαλύτερη κλίμακα.

Πολλαπλές κεραυνοί συμβαίνουν κατά τη διάρκεια μιας καταιγίδας (Συντελεστές:Vasin Lee/Shutterstock)

Κατά τη διάρκεια μιας καταιγίδας, ένας μεγάλος αριθμός σύννεφων εκκενώνεται, που παράγει μεγάλο αριθμό κεραυνών, εκπέμποντας πολλές εκρήξεις βροντών. Όλα αυτά τα κύματα αλληλεπιδρούν μεταξύ τους, δημιουργώντας μια συναρπαστική συμφωνία από παλαμάκια, ρωγμές, μπουμ και ρολά για την ακουστική σας ψυχαγωγία!