Fenomenele naturale fascinează oamenii, de milenii. Și continuă să o facă, în ciuda evoluției și a accesului nestingherit la informație. Deși am învățat despre ele încă din școala elementară, pare că am cam uitat astfel de noțiuni și e cazul să ni le reamintim. Și nu e de mirare că sunt încă mulți dintre noi care nu știu de ce fulgerele se văd înainte să se audă tunetul.
Cuprins
Stai pe terasă. Cerul se întunecă brusc și, înainte să apuci să te dezmeticești, un fulger brăzdează orizontul. Trec câteva secunde până vine bubuitura care face geamurile să vibreze. Ți se pare firesc, pentru știi că așa trebuie să se întâmple. Dar știi de ce? De fapt, ai putea pune totul pe seama credințelor populare. Căci, necunoscând fenomenele naturale cu descărcări electrice din natură, omul le-a atribuit divinității. Ba chiar le-a perceput drept manifestări ale mâniei divine asupra păcătoșilor. Și nu degeaba a devenit Sfântul Ilie reprezentarea acestora, ca aducător de ploaie, stăpân al săgeților de foc cerești, provocator al furtunilor distrugătoare. Cum specia noastră a evoluat, e cazul să înțelegem ceea ce ștința a dovedit în timp.
Cuprins
Ce sunt fulgerul și tunetul
Înainte să explicăm de ce fulgerele se văd înainte să se audă tunetul, merită să clarificăm ce sunt, de fapt, cele două fenomene. Unii cred, în mod eronat, că unul îl cauzează pe celălalt. Or, tunetul nu este un efect secundar al fulgerului. Ci este vorba despre două manifestări simultane ale aceluiași eveniment.
Fulgerul este o descărcare electrică masivă. Altfel spus, e ca o scânteie gigantică. Și se produce când diferența de potențial electric între nori și pământ sau între doi nori atinge un prag critic și se descarcă brusc. Această descărcare implică un curent electric enorm care străbate aerul. Și ionizează moleculele din calea lui, producând un canal de plasmă la temperaturi de aproximativ 30.000 de grade Kelvin. Ca să înțelegi mai bine, ar fi cam de cinci ori mai fierbinte decât pe suprafața Soarelui.
Tunetul este sunetul produs de această descărcare uriașă. Aerul din jurul canalului de plasmă se încălzește atât de rapid și atât de puternic încât se dilată exploziv. Și produce o undă de presiune care se propagă în toate direcțiile. Această undă de presiune este ceea ce urechile noastre percep ca bubuit profund, în funcție de distanță și de unghiul față de punctul de descărcare. Umiditatea, viteza vântului, inversia temperaturii, proprietăţile geografice şi norii pot afecta distanţa pe care un tunet poate fi auzit. Așadar, fulgerul și tunetul se produc în exact același moment. Numai că, dintr-un motiv anume, noi le percepem la intervale de timp diferite.
De ce fulgerele se văd înainte să se audă tunetul
Mai ții minte trucul pe care l-am învățat în copilărie legat de fulgere? Ei bine, acesta poate fi o parte din răspunsul la întrebarea despre care facem vorbire. Căci el ne învață să calculăm distanța sunetului în timp real. Pur și simplu ai de numărat secundele dintre fulger și tunet și apoi de împărțit la 3 numărul obținut. Rezultatul este distanța în kilometri. Dacă numeri 9 secunde, ești la aproximativ 3 kilometri de locul descărcării electrice. Funcționează pentru că lumina fulgerului ajunge la ochii tăi aproape instantaneu. Iar viteza luminii este de 300000 km/s. Sunetul tunetului, în schimb, parcurge cei 343 de metri pe secundă cu rigurozitate. Fiecare secundă înseamnă 343 de metri, deci trei secunde înseamnă cam un kilometru.
De ce fulgerele se văd înainte să se audă tunetul reprezintă o cursă inegală între viteza luminii și cea a sunetului. Radiația electromagnetică vizibilă pe care o emite plasma fierbinte din canalul fulgerului se propagă cu viteza luminii. Este cea mai mare viteză din univers. Și este, de altfel, o constantă fundamentală a fizicii, față de care orice altceva devine lent. Sunetul, pe de altă parte, se propagă prin aer cu o viteză modestă de aproximativ 340 de metri pe secundă la temperatura normală. La temperaturi mai ridicate, sunetul călătorește puțin mai repede. La temperaturi mai scăzute, puțin mai lent.
Acestea fiind spuse, îți dai seama că lumina este de aproape un milion de ori mai rapidă decât sunetul. Ce înseamnă asta? Dacă un fulger lovește la un kilometru distanță de tine, lumina lui ajunge la ochii tăi în mai puțin de 0,000003 secunde. Iar creierul o percepe instantaneu. Dar sunetul tunetului produs de același fulger, la același kilometru distanță, are nevoie de aproximativ 3 secunde pentru a ajunge la urechile tale. La zece kilometri distanță, lumina ajunge la tine tot în 0,00003 secunde, dar sunetul, în aproximativ 30 de secunde.
Ce înseamnă regula celor 3 secunde
Diferența de viteză dintre lumină și sunet a generat una dintre cele mai populare reguli empirice ale meteorologiei de buzunar. Este vorba despre regula celor trei secunde sau a kilometrului. Ca orice metodă empirică, funcționează simplu. Tot ce trebuie să faci este să numeri secundele dintre momentul în care vezi fulgerul și momentul în care auzi tunetul. Împarți numărul la trei și obții distanța aproximativă față de descărcare în kilometri.
Dacă ai numărat nouă secunde, fulgerul a lovit la aproximativ trei kilometri. Dacă ai numărat douăzeci și unu de secunde, ești la șapte kilometri distanță. Dar, cum am spus deja, viteza sunetului variază în funcție de condițiile atmosferice. Iar furtuna nu stă pe loc. Totuși, metoda este surprinzător de utilă și de precisă. Și are un avantaj practic imediat.
Dacă intervalul dintre fulger și tunet este mai mic de treizeci de secunde, adică furtuna este la mai puțin de zece kilometri, ai timp să iei măsuri de siguranță. Specialiștii recomandă să ne adăpostim imediat, pentru că suntem aproape de zona de risc. Generații întregi de copii au folosit această regulă pentru a transforma spaima de furtună în curiozitate. Și nu există un mod mai drăguț de a face asta decât să le explici că număratul acela este, de fapt, știință aplicată.
De ce bubuie tunetele
Acum că știi de ce fulgerele se văd înainte să se audă tunetul, poate ar fi bine să afli și de ce auzi acele bubuituri impresionante. Cum bine știi deja, un tunet nu înseamnă un pocnet scurt de neluat în seamă. E ca și cum s-ar produce o explozie prelungă, cu sunet ondulat, extrem de profund, care durează chiar și o jumătate de minut. Iar asta se întâmplă pentru că acel canal al fulgerului este o linie, nu un punct. Linia aceasta are o lungime de câțiva kilometri. Uneori, se poate întinde pe verticală, alteori pe orizontală sau în combinații complexe. Fiecare segment al acestei linii produce sunet simultan, dar din distanțe diferite față de tine.
Sunetul produs de capătul cel mai apropiat al fulgerului ajunge la tine primul, urmat progresiv de sunetul produs de segmentele mai îndepărtate. La asta se adaugă reflexiile sunetului pe nori, pe clădiri, pe relief și pe suprafețe diverse din jur. Astfel se ajunge la percepția acelei bubuituri intense care se derulează în timp. Cu cât fulgerul este mai lung și cu cât terenul din jur este mai variat, cu atât tunetul durează mai mult și are un profil sonor mai complex.
Există și o diferență perceptibilă între sunetul unui fulger apropiat și al unuia îndepărtat. Și ține tot de fizica propagării sunetului. Un fulger apropiat produce un trosnet ascuțit, aproape exploziv, urmat de un bubuit care se stinge rapid. Un fulger îndepărtat produce un bubuit surd, profund și lung. Pentru că frecvențele înalte ale sunetului se atenuează mai rapid pe distanțe mari. Și rămân doar frecvențele joase, care călătoresc mai bine prin aer. Acesta este motivul pentru care tunetul îndepărtat sună aproape ca un murmur, în timp ce acela mai apropiat sună ca o explozie.
Cât de aproape de noi sunt fulgerele
Un alt aspect interesant al percepției ține de faptul că fulgerul pare adesea mai aproape decât este în realitate. Cel puțin așa li se pare ochilor noștri. Și asta nu doar din cauza vitezei luminii, ci și din cauza modului în care ochii și creierul nostru procesează luminile puternice și bruște. O descărcare electrică de câteva sute de milioane de volți produce o lumină extrem de intensă.
Această intensitate extraordinară activează masiv receptorii din retină. Și produce o imagine care persistă vizual câteva fracțiuni de secundă după ce fulgerul în sine a dispărut. Fenomenul este cunoscut ca postimagine retinală. Aceasta, combinată cu absența oricărui sunet în primele secunde, creează uneori senzația că fulgerul a fost chiar deasupra noastră. Creierul e de vină. Căci, confruntat cu un stimul vizual atât de puternic și cu absența inițială a sunetului, interpretează greșit distanța. Și supraestimează apropierea descărcării. Abia sunetul care vine ulterior furnizează informația corectă pentru estimarea distanței reale.
Există și fulgere care tac
Cu siguranță ai avut ocazia să observi, măcar o dată în viață, fulgere care apar amenințător pe cer, fără să fie urmate de vreun zgomot. Este vorba despre acele fulgere de căldură sau fără tunet. Mulți dintre noi le-au văzut în nopțile toride de vară, luminând orizontul în depărtare, fără niciun sunet asociat. Și nu sunt cu nimic diferite față de fulgerele despre care am vorbit până acum.
Dacă ai citit cu atenție, ai văzut că fulgerele care se produc la distanțe mari sunt mai puțin zgomotoase. La douăzeci de kilometri depărtare, sunetul tunetului aproape că nu mai ajunge deloc. Este și motivul pentru care vedem uneori fulgere tăcute pe cerul îndepărtat. Descărcarea electrică se produce, dar tunetul ei nu mai poate acoperi distanța până la noi.
Lumina, fidelă vitezei ei uriașe, traversează fără efort aceste distanțe. Sunetul se pierde, se atenuează, se absoarbe în atmosferă și în relief, pe drum. Oamenii asociau în trecut fulgerele de căldură cu furtuni specifice nopților caniculare. Dar a rămas un mit neconfirmat științific. Căci ceea ce vedem reprezintă furtuni normale, văzute de la distanță mare.
Sursa foto: Shutterstock
Alte surse: fizichim.ro, hko.gov.hk, scied.ucar.edu,
Citește și Care este diferența dintre tunet și trăsnet