Kolik sekund trvá hrom?

co je hrom? Hrom je zvuk, který doprovází blesk během bouřky. Zní to jednoduše, ale proč zní blesk tak, jak zní? Jakýkoli zvuk se skládá z vibrací, které vytvářejí zvukové vlny ve vzduchu. Blesk je obrovský elektrický výboj, který vystřeluje vzduchem a způsobuje vibrace. Mnoho lidí si opakovaně kladlo otázku, odkud se berou blesky a hromy a proč hrom předchází blesku. Tento jev má celkem pochopitelné důvody.

Jak hrom hřmí?

Elektřina prochází vzduchem a způsobuje vibrace částic vzduchu. Blesky jsou doprovázeny neuvěřitelně vysokými teplotami, takže vzduch kolem nich je také velmi horký. Horký vzduch expanduje, zvyšuje sílu a počet vibrací. co je hrom? Jedná se o zvukové vibrace, které vznikají při úderu blesku.

Proč hrom nehřmí zároveň s bleskem?

Blesk vidíme dříve, než slyšíme hrom, protože světlo se šíří rychleji než zvuk. Existuje starý mýtus, že počítáním sekund mezi zábleskem blesku a hromem můžete zjistit vzdálenost k místu, kde zuří bouře. Z matematického hlediska však tento předpoklad nemá žádný vědecký základ, protože rychlost zvuku je přibližně 330 metrů za sekundu.

Aby tedy hrom urazil jeden kilometr, bude to trvat 3 sekundy. Proto by bylo správnější spočítat počet sekund mezi zábleskem blesku a zvukem hromu a poté toto číslo vydělit pěti, to bude vzdálenost k bouřce.

Tímto záhadným jevem je blesk

Teplo z elektřiny blesku zvyšuje teplotu okolního vzduchu na 27,000 10 °C. Vzhledem k tomu, že se blesky pohybují neuvěřitelnou rychlostí, ohřátý vzduch prostě nemá čas expandovat. Ohřátý vzduch se stlačí a jeho atmosférický tlak se výrazně zvýší a stane se 100 až XNUMXkrát vyšší, než je obvyklé. Stlačený vzduch vyráží z kanálu blesku a vytváří rázovou vlnu stlačených částic v každém směru. Rychle se pohybující vlny stlačeného vzduchu jako exploze vytvářejí hlasitý, dunivý výbuch hluku.

Vzhledem k tomu, že elektřina jde nejkratší cestou, převažující počet blesků je blízký vertikálním. Blesky se však mohou i větvit, následkem čehož se mění i zvuková barva rachotu hromu. Rázové vlny z různých bleskových vidlic se od sebe odrážejí a nízko visící mraky a blízké kopce pomáhají vytvářet nepřetržité dunění hromu. Proč je tu hrom? Hrom je způsoben rychlou expanzí vzduchu obklopujícího cestu blesku.

Co způsobuje blesk?

Blesk je elektrický proud. Uvnitř bouřkového mraku vysoko na obloze se četné malé kousky ledu (zmrzlé dešťové kapky) vzájemně srážejí, když se pohybují vzduchem. Všechny tyto srážky vytvářejí elektrický náboj. Po nějaké době se celý mrak naplní elektrickými náboji. Kladné náboje, protony, se tvoří v horní části oblaku a záporné náboje, elektrony, se tvoří ve spodní části oblaku. A jak víme, protiklady se přitahují. Hlavní elektrický náboj je soustředěn kolem všeho, co vyčnívá nad povrch. Mohou to být hory, lidé nebo osamělé stromy. Náboj stoupá z těchto bodů a nakonec se spojí s nábojem klesajícím z mraků.

Co způsobuje hrom?

co je hrom? Jedná se o zvuk způsobený bleskem, což je v podstatě proud elektronů proudících mezi nebo uvnitř mraku nebo mezi mrakem a zemí. Vzduch kolem těchto proudů se ohřívá do takové míry, že je třikrát teplejší než povrch Slunce. Jednoduše řečeno, blesk je jasný záblesk elektřiny.

Tato ohromující a zároveň děsivá podívaná hromů a blesků je kombinací dynamických vibrací molekul vzduchu a jejich narušení elektrickými silami. Tato velkolepá show opět všem připomíná mocnou sílu přírody. Pokud jste slyšeli rachot hromu, blesky brzy zablikají, je lepší v tuto dobu nebýt venku.

Thunder: Zábavná fakta

• Jak blízko je blesk, můžete posoudit počítáním sekund mezi zábleskem a úderem hromu. Na každou sekundu připadá asi 300 metrů.
• Během velké bouřky je vidět blesky a slyšet hromy během sněžení velmi vzácné.
• Blesk není vždy doprovázen hromem. V dubnu 1885 zasáhlo Washingtonův památník během bouřky pět blesků, ale hrom nikdo neslyšel.

Pozor, blesk!

Blesk je poměrně nebezpečný přírodní jev a je lepší se od něj držet dál. Když jste uvnitř během bouřky, měli byste se vyhnout vodě. Je to vynikající vodič elektřiny, takže se nesprchujte, nemyjte si ruce, nemyjte nádobí ani neperte prádlo. Nepoužívejte telefon, protože blesk může zasáhnout vnější telefonní linky. Během bouřky nezapínejte elektrická zařízení, počítače ani domácí spotřebiče. Když víte, co jsou hromy a blesky, je důležité se chovat správně, když vás náhle zaskočí bouřka. Měli byste se držet dál od oken a dveří. Pokud někoho zasáhne blesk, je potřeba zavolat pomoc a záchranku.

Pravděpodobně jste se ve svém životě setkali s deštěm a také s tak markantními projevy špatného počasí, jako jsou hromy a blesky. Přemýšleli jste někdy nad tím, proč blesky z různých vzdáleností vypadají přibližně stejně (samozřejmě čím blíže, tím jasněji) a zvuk hromu z blízkého úderu blesku – ostrý, jako když kladivo naráží do železa – není vůbec podobný kutálení? zvuk z bouřky přicházející z dálky?

Pro tento jev můžete přijít s několika vysvětleními, ale pouze jedno z nich bude správné.

Zvuk je obecně vlna procházející nějakým médiem: plynem (například vzduchem), kapalinou (například vodou) nebo pevnou látkou (například Zemí). Pokud jste někdy přemýšleli o seismických vlnách procházejících Zemí, pak možná znáte alespoň dva typy vln.

1. Podélná vlna (nebo P-vlna) je série stlačení a zředění. Pokud vezmete známou pružinovou hračku, položíte ji na stůl, mírně natáhnete a začnete její částí pohybovat tam a zpět po ploše stolu, uvidíte podobné vlny.
2. Příčná vlna (nebo S-vlna), což je řada posunů – vrcholů a propadů. Pokud s přítelem uchopíte opačné konce pružiny a začnete pohybovat rukou nahoru a dolů, uvidíte příčné vlny.

Zatímco podélné vlny P mohou procházet pevnými látkami, kapalinami a plyny, příčné vlny S mohou cestovat pouze pevnými látkami. Zvuk hromu se šíří pouze vzduchem a pro případ, kdy nemáme příčné S-vlny, toto vysvětlení neplatí.

Hrom je zvuk vytvářený úderem blesku: rychlý přenos obrovského množství elektrického náboje za malý zlomek sekundy. Když blesk udeří do mraku nebo z mraku na zem, typicky proudí až několik coulombů (tj. více než ~10 19 jednotlivých elektronů). Při rychlém pohybu elektrony zahřívají a dokonce ionizují molekuly vzduchu kolem sebe, čímž vzniká velmi krátkodobý plazmatický stav a vzduch se rychle rozpíná.

Tato rychlá expanze vytlačí okolní vzduch ven a poté (protože podél cesty blesku byla vytvořena oblast s nízkou hustotou) se vzduch řítí zpět, aby vyplnil výsledný řídký prostor. Rychlá expanze a komprese vytváří rázovou vlnu – tlakovou vlnu, ve které se střídají jevy komprese vzduchu (tj. „hustší“ části) a řídnutí vzduchu (tj. méně husté nebo více „roztažené“ části) a šíří se vzduchem. .

Tento pohyb vzduchu tlačí částice podél řetězu a tyto stlačení a řídnutí putují vzduchem, dokud nedosáhnou ušního bubínku člověka, kde změny tlaku způsobí, že bubínek vibruje – a pak uslyšíte hrom.

Člověk by se proto mohl ptát, zda může existovat nějaká odchylka v rychlosti zvuku, která by mohla ovlivnit to, jak jej slyší různí pozorovatelé. Co když například rychlost zvuku závisí na frekvenci? Jinými slovy, co když „basové“, nízkofrekvenční vlny šíří jinou rychlostí než zvuky středního rozsahu nebo vysoké?

K tomuto efektu dochází a jeho praktický význam je patrný zejména v podmínkách nízké hustoty atmosféry – například na Marsu. V atmosféře Marsu se vysokofrekvenční zvuk šíří asi o 4 % rychleji než nízkofrekvenční zvuk, což znamená, že doba příchodu různých zvuků se prodlužuje, čím dále jste od zdroje zvuku.

Ale na Zemi se rychlost zvuku téměř nemění v závislosti na frekvenci, protože naše atmosféra je mnohem hustší než atmosféra Marsu. Od ultranízké frekvence 10 Hz (pod prahem lidského sluchu, jehož hranice se pohybuje kolem 20 Hz) do malé frekvence 100 Hz se rychlost zvuku mění pouze o 0,1 % a poté ze 100 Hz na nejvyšších frekvencí, které může slyšet osoba s neporušeným sluchem (asi 20 000 Hz), zůstává rychlost zvuku konstantní. Na Zemi je tato závislost na frekvenci zanedbatelná a nemůže být příčinou „natahovacího“ efektu zvuku.

Pokud chcete sami slyšet rozdíl, kanadská vládní stránka má záznam stejného hromového zvuku, který vzniká úderem blesku z mraku na zem, protože je slyšet na různé vzdálenosti:

• ze vzdálenosti 8 km,
• ze vzdálenosti 3 km,
• ze vzdálenosti 2 km,
• ze vzdálenosti 1,6 km,
• ze vzdálenosti pouhých 300 m.

Závislost rychlosti zvuku na teplotě

Závislost rychlosti zvuku na vlhkosti

Závislost rychlosti zvuku na frekvenci (zdroji)

To je skutečný efekt, ale není to způsobeno tím, že vlny putují zemskou atmosférou rychleji nebo pomaleji v závislosti na jejich frekvenci. To je způsobeno pohybem částic vzduchu: je snazší pohybovat částicemi tam a zpět několikrát za sekundu než mnohokrát za sekundu. Jinými slovy, zvukové vlny vyšších frekvencí jsou snáze absorbovány a rozptylovány prostředím (včetně zemské atmosféry), kterým procházejí, než zvukové vlny nižších frekvencí.

Kromě toho přítomnost vody v atmosféře – vlhkosti – také pohlcuje zvukové vlny v závislosti na frekvenci. To vysvětluje, proč je z dálky slyšet jen basové dunění, ale ne z blízka, ale nevysvětluje to, proč se vzdálenější zvukové vlny táhnou asi třikrát déle než bližší.

Existují však tři velmi reálné věci, které mění rychlost zvuku v médiu, jako je vzduch: vítr, hustota a teplota.

Vítr má doplňkový účinek: fouká-li od vás směrem ke zdroji blesku, trvá zvuku hromu déle, než se k vám dostane. Pokud k vám fouká vítr ze zdroje blesku, šíří se zvuk hromu rychleji. Vítr se však nešíří ve všech bodech stejnou univerzální rychlostí, a to je důležité, protože úder blesku neovlivní pouze bod, ale „čáru“ v trojrozměrném prostoru. Pokud je rychlost větru na linii pohledu od posluchače do různých bodů na dráze blesku různá, pak zvuk z nich dorazí dříve nebo později, v závislosti na rychlosti větru mezi posluchačem a místy, kudy blesk prošel.

Hustota se obvykle mění s nadmořskou výškou: čím výše se dostanete nad hladinu moře, tím je vzduch řidší a čím blíže se blížíte hladině moře, tím je hustší. To znamená, že zvuk z horních částí blesku se obvykle šíří pomaleji (a proto dorazí později) než zvuk z blesku v nižších výškách (který dorazí dříve). Když blesk udeří z mraků na zem, zejména pokud jsou mraky v relativně vysokých nadmořských výškách nad zemí, může tento efekt přispívat k efektu „zpoždění“.

Ale ani vítr a hustota dohromady nemohou vysvětlit většinu pozorovaného zpoždění. Největší vliv na rychlost zvuku má teplota, kde vyšší teplota vzduchu odpovídá vyšší rychlosti zvuku v tomto prostředí. I změna teploty o 1°C na Zemi změní rychlost zvuku o 2,2 km/h. Pokud vás někdy zastihla bouřka, nepochybně jste pocítili vítr vanoucí mezi teplejšími a chladnějšími teplotami, protože bouřky se obvykle vyskytují při interakci teplého a studeného vzduchu.

I malé teplotní výkyvy o pouhých několik stupňů, nashromážděné na vzdálenost několika kilometrů, mohou prodloužit dobu příchodu zvukových vln o několik sekund. V kombinaci s větrem a změnami hustoty mohou tyto tři efekty společně vysvětlit, proč se doba příchodu zvuku prodlužuje, čím dále jste od samotného úderu blesku.

Je tu však jeden aspekt bouřek, který to nevysvětluje: proč někdy slyšíte hlasité, ostré tleskání hromu a někdy není žádné, jen tiché, dlouhé dunění.

Je důležité si uvědomit, že ačkoli to, co vidíme jako „blesk“, je obecně jednorozměrná čára (někdy s větvemi), tato čára existuje v našem trojrozměrném prostoru. Výměna dat může být modelována jako dokonale vertikální (mrak k zemi) nebo dokonale horizontální (mrak k mraku), ale často má tato čára také hloubku: kde jedna část blesku je blíže vám, pozorovateli, a druhá část je dále od vás.

S blesky mezi mraky a zemí je tato „hloubka“ poměrně malá. Blesky mezi mrakem a zemí mají obvykle vertikální směr: pohybují se podél pomyslné čáry spojující mrak se středem Země. Proč? Protože toto je v podstatě cesta nejmenšího odporu pro elektrický proud: nejkratší cesta k povrchu Země.

V důsledku toho jsou zvukové vlny generované úderem blesku z mraku na zem:

• neprocházejí extrémně vlhkými mraky, takže jejich vysokofrekvenční zvuky nejsou příliš tlumeny;
• dosáhnout ve velmi krátkém časovém úseku, protože vzdálenost od blesku k pozorovateli je velmi blízká stejné pro všechny body blesku.

Na druhou stranu blesk z mraku do mraku je obvykle jednorozměrná vodorovná čára, která není stejně vzdálená od pozorovatele (a posluchače) a její „hloubková“ orientace je náhodná. Jeden konec blesku je zpravidla blíže k pozorovateli a druhý je vzdálenější. Zatímco vertikální blesky mezi mrakem a zemí mají obvykle délku ne více než 3-5 km, horizontální blesky mezi mrakem a mrakem mohou být mnohem, mnohem delší. V důsledku analýzy bouřky v roce 2020 byl tedy objeven rekordní horizontální blesk neuvěřitelné délky – a to není překlep – 719 km!

Zvuk blesků z mraku na oblak je většinou dunivý, protože vysokofrekvenční „prask“ bouřky je z velké části tlumen vlhkostí v samotných mracích. Doba trvání zvuku se stále prodlužuje v závislosti na vzdálenosti k blesku, vlivu větru, rozdílech v hustotě vzduchu a změnách rychlosti zvuku v závislosti na teplotě. Existuje však také rozdíl ve vzdálenosti mezi “blízkým” a “vzdáleným” koncem oblačného blesku, když tyto zvuky dosáhnou pozorovatele.

Doba trvání hromu, který slyšíte, je určena nejen tím, jak moc je zvuk „natažený“ efekty spojenými s jeho šířením vzduchem, ale také délkou a geometrickou orientací samotného blesku vzhledem k místu, kde se nacházíte.

Samozřejmě existuje horní hranice, jak dlouho může bouřka trvat, protože čím dále jsou blesky od vás, tím méně intenzivní jsou zvukové vlny dopadající na váš bubínek. V závislosti na podmínkách vzduchu může být hrom slyšet ze vzdálenosti ~20 km, pokud jsou podmínky příznivé, nebo pouze ~8 km, pokud jsou podmínky nepříznivé. Pamatujte, že energie zvukové vlny klesá jako druhá mocnina vzdálenosti od zdroje, takže při dvojnásobné vzdálenosti získáte pouze čtvrtinu intenzity zvuku; na vzdálenost 10x větší, přijímáte pouze jednu setinu původní intenzity zvuku.

Vezmeme-li v úvahu, že zvuk se táhne delší dobu a tím silněji se tlumí, čím dále od zdroje – vlivem větru, hustoty, vlhkosti a teploty – pak to společně vede k tomu, že vzdálené údery blesku jsou tišší, hlasitější a znějí déle.

Pokud byste chtěli izolovat jediný nejdůležitější faktor, který ovlivňuje prodloužení zvuku hromu a závisí na vzdálenosti k blesku, byla by to teplota vzduchu. Ale ve skutečnosti hrají roli všechny tyto efekty, které způsobují, že se zvukové vlny ohýbají, pohlcují a narážejí na bubínek s různou intenzitou a frekvencí. Pamatujte na to nejdůležitější: čím blíže je hrom, tím naléhavěji potřebujete vstoupit do místnosti. Koneckonců, přibližně 1 z každých 15 000 lidí bude během svého života zasažen bleskem.