Kas sukelia griaustinį? Kodėl jis girdimas?
Trumpas atsakymas: Griaustinis dunda, nes žaibas ilgu keliu sukuria daug greitų, garsių slėgio impulsų, o ne vieną pokštelėjimą. Tie impulsai, kartu su aidu ir žemų tonų sklidimu toliau, pasiekia jūsų ausis skirtingu metu ir susimaišo į dundesį arba dundėjimą.
Ką tai reiškia?
Žaibas yra milžiniška kibirkštis, kuri labai greitai įkaitina orą. Staigus įkaitimas priverčia orą išsiplėsti tarsi mažytį sprogimą. Dėl greito plėtimosi sukuriama smūginė banga, kuri tampa garsu, kurį vadiname griaustiniu.
Žaibo strėlė yra ilga ir dažnai susideda iš kelių greitų smūgių. Kiekvienas smūgis sukuria savo garsą šiek tiek skirtingu laiku ir vietoje. Tie daugybė garsų pasiekia jūsų ausį pasiskirstę laike, todėl girdite dundesį, o ne vieną aštrų trenksmą.
Žemi tonai (bosai) sklinda toliau nei aukšti tonai, o aidai nuo debesų, kalvų ar pastatų gali dar labiau ištempti garsą, todėl dundesys užsitęsia.
Mokslinis paaiškinimas
Įvardyti dėsniai / principai: Smūginės bangos susidarymas ir akustinis slopinimas (nuo dažnio priklausanti absorbcija).
Kai žaibas šokinėja per orą, oras beveik akimirksniu įkaista iki labai aukštos temperatūros, sukurdamas staigų viršslėgį, kuris suformuoja smūginę bangą. Šis smūgis, tolstant nuo žaibo kanalo, virsta sudėtinga garso banga. Žaibo kanalai yra ilgi ir gali sukelti daug grįžtamųjų smūgių arba greitus subpulsus per visą savo ilgį; kiekvienas impulsas sukuria savo slėgio bangą.
Kadangi kanalo dalys yra skirtingu atstumu nuo stebėtojo, šios slėgio bangos pasiekia šiek tiek skirtingu laiku ir susilieja į užsitęsusį garsą. Aukštesnio dažnio komponentus oras sugeria greičiau, todėl tolimuose griaustiniuose dominuoja žemi dažniai, kuriuos girdime kaip dundesį. Aidai ir atspindžiai nuo reljefo ir debesų prideda daugiau vėlavimų ir persidengimo prie garso.
Kaip mes tai žinome: Mokslininkai naudoja didelės spartos kameras, radijo detektorius ir sinchronizuotus mikrofonus, kad suderintų žaibo blyksnius su slėgio impulsais ir bangų formomis, išmatuotomis ant žemės. Laboratoriniai tyrimai ir lauko įrašai rodo smūginių bangų ir akustinio slopinimo teorijos numatytus laiko ir dažnio pokyčius.
Kasdieniai pavyzdžiai
- Artimas žaibo smūgis dažnai skamba kaip aštrus traškėjimas, nes aukšto dažnio dalys atsklinda kartu.
- Tolimi perkūnijos garsai skamba kaip ilgi dundesiai, nes aukšti tonai išnyksta, o daugelis impulsų atsklinda išsisklaidę laike.
- Fejerverkai ar šūviai šalia skamba kaip trenksmai, bet toli jie praranda ryškumą ir gali skambėti kaip dundesiai ar dundesiai.
- Aidintis griaustinis slėnyje gali atrodyti trunkantis ilgiau, nes garsas atsispindi nuo kalvų.
Praktinis bandymas
Baliono sprogimo aidas
Sauga: Atlikite tai su suaugusiuoju šalia; nesprogdinkite baliono šalia niekieno ausies.
Priemonės
- balionas
- atviras kiemas arba kambarys
- maža uždara erdvė (spinta arba vonios kambarys)
- telefonas arba chronometras
Žingsniai
- Pripūskite balioną ir nuneškite jį į atvirą kiemą. Susprogdinkite jį ir klausykite. Atkreipkite dėmesį, kiek laiko trunka garsas.
- Pakartokite sprogimą mažoje uždaroje erdvėje ir dar kartą klausykite.
- Pasitraukite toliau nuo sprogimo vietos kieme ir susprogdinkite balioną; palyginkite garsą su 1 veiksmu.
- Pasirinktinai įrašykite garsus telefonu ir paleiskite juos, kad palygintumėte, kuris iš jų trunka ilgiau. Ką rodo: Atstumas ir aidas keičia, kiek ilgai ir kaip „grūdimas“ skamba aštrus garsas.
Svarbūs žodžiai
- Žaibas: greitas elektros išlydis ore, kuris sukuria šviesą ir kaitina orą.
- Smūginė banga: staigus slėgio impulsas, susidarantis, kai oras labai greitai plečiasi.
- Dažnis: garso bangos vibracijos greitis; aukštas dažnis = aukšti dažniai, žemas dažnis = žemi dažniai.
- Silpnėjimas: garso energijos praradimas jam sklindant, kuris labiau veikia aukštesnius dažnius.
Trumpi klausimai
Ar griaustinis sukelia žaibą?
Ne. Pirmiausia įvyksta žaibas ir jis sukelia griaustinį.
Kodėl griaustinis kartais gali skambėti kaip traškėjimas?
Jei žaibas yra labai arti, aukšto dažnio dalys pasiekia kartu ir skamba aštriai.
Ar griaustinis gali jus sužeisti?
Griaustinis yra tik garsas ir paprastai neskauda, bet pats žaibas yra pavojingas ir gali sukelti sužalojimų.
Kodėl griaustinis kartais griaudėja ilgai?
Dėl daugybės impulsų, aidų ir aukštų tonų praradimo garsas sklinda ištemptai ir su žemaisiais dažniais.