Artimas ir tolimas griaustinis skamba kitaip. Kodėl?
Trumpas atsakymas: Griaustinis arti skamba aštriai ir traškiai, nes ausis vienu metu girdi daug aukštų ir žemų tonų. Toli aukšti tonai išblėsta, o garsas sklinda, todėl griaustinis tampa žemu, riedinčiu dundesiu.
Kas iš tikrųjų vyksta?
Žaibo smūgis sukuria staigų karšto oro kanalą. Tas staigus įkaitimas sukuria garsią slėgio bangą – griaustinį. Arti žaibo banga yra stipri.
Girdėti daug dažnių (aukštų ir žemų) ir staigių pokyčių. Garsui sklindant, jis plinta ir praranda energiją. Aukšti dažniai (aštrūs) silpnėja greičiau nei žemi.
Be to, oras gali sulenkti arba sugerti kai kuriuos garsus. Dėl viso to tolimas griaustinis skamba žemiau ir švelniau nei netoliese esantis griaustinis, kuris skamba aštriai ir garsiai. Orai ir žemė gali pakeisti garso judėjimą.
Kartais garsai sklinda toliau nei tikėtasi, nes oro sluoksniai veikia kaip stiklas ir lenkia bangas .
Kaip tai veikia moksliškai
Poveikis/dėsnis: Griaustinio kitimas priklausomai nuo atstumo daugiausia paaiškinamas atvirkštinio kvadrato dėsniu (garso intensyvumas mažėja maždaug proporcingai atstumo kvadratui) ir nuo dažnio priklausančiu atmosferos slopinimu (aukštesni dažniai sugeriami greičiau). Kai žaibas sprogdina orą, jis sukuria platų dažnių mišinį. Bangai plintant, energija pasklinda didesniame plote, todėl bendras garsas tampa tylesnis.
Aukštesnių dažnių komponentai praranda energiją greičiau, nes juos išsklaido ir sugeria molekulės, drėgmė ir nedidelė turbulencija. Žemų dažnių komponentai (bosai, dundesys) sklinda toliau ir išlieka girdimi dideliais atstumais. Temperatūros gradientai ir vėjo sluoksniai atmosferoje gali laužti (lenkti) garso spindulius, sufokusuodami arba defokusuodami griaustinį vietomis ir padarydami jį garsesnį arba tylesnį, nei prognozuoja vien atstumas .
Kaip mes tai žinome: Mokslininkai įrašo griaustinį mikrofonais ir analizuoja garsus spektrogramomis, kad pamatytų, kurie dažniai mažėja priklausomai nuo atstumo. Lauko tyrimai ir kontroliuojami garso eksperimentai patvirtina, kad aukšti dažniai silpnėja greičiau, o oro sluoksniai išlenkia garsą .
Kur tai pastebėsi
- Stovint po perkūnijos debesimi: griaustinis aštrus ir gali gąsdinti.
- Stebint tolimus žaibus horizonte: po kelių minučių išgirsite ilgą, žemą dundesį.
- Perkūnas po saulėlydžio: vėsus oras prie žemės gali skleisti garsą kitaip, kartais toli griaustinis gali būti garsesnis.
- Riedantis griaustinis kalnuose: aidai ir vingiai slėniuose keičia tai, kaip dundesys jus pasiekia.
Eksperimentas
Spragsinčio baliono klausymasis
Sauga: Būkite atsargūs sprogdinant balionus; jei esate arti, dėvėkite akių apsaugos priemones.
Priemonės
- du balionai
- liniuotė arba matavimo juosta
- atvira lauko erdvė
Žingsniai
- Pripūskite du balionus ir suriškite juos.
- Atsistokite toje pačioje vietoje ir sprogdinkite vieną balioną arti ausies (arba paprašykite, kad šalia būtų pagalbininkas).
- Grįžkite 6–9 metrus (ar daugiau) ir sprogdinkite antrą balioną tokiu pat atstumu nuo žemės.
- Klausykitės ir palyginkite dviejų sprogimų ryškumą ir žemą dundesį. Ką tai rodo: Artimas sprogimas skamba aštriau ir turi daugiau aukštų tonų; tolimas sprogimas skamba silpniau ir žemiau, tarsi griaustinis skirtingais atstumais.
Naudingi terminai
- Perkūnas: Garsas, atsirandantis dėl greito oro įkaitimo ir plėtimosi po žaibo.
- Atvirkštinio kvadrato dėsnis: Taisyklė, teigianti, kad garso intensyvumas sparčiai mažėja didėjant atstumui (maždaug proporcingai atstumo kvadratui).
- Silpnėjimas: Garso energijos praradimas jam sklindant dėl sklidimo, sugerties ar išsisklaidymo.
- Dažnis: Kaip greitai garso banga svyruoja; aukštas dažnis = aštrūs/reti garsai, žemas dažnis = gilūs/dundantys garsai.
- Refrakcija: Garso bangų lenkimas, kai jos sklinda per skirtingos temperatūros ar vėjo oro sluoksnius.
Vaikai klausia
Kodėl griaustinis kartais skamba kaip ilgas riedėjimas?
Žaibas gali būti toli, o daugybė aidų ir žemų dažnių susijungia į ilgą riedėjimą.
Ar griaustinis gali nukeliauti mylias?
Taip, žemų dažnių dalys gali nukeliauti daug mylių, nors jos ir tylesnės; oras taip pat gali perduoti garsą toliau .
Kodėl kartais girdžiu griaustinį, bet nematau žaibo?
Galite būti per toli, kad pamatytumėte blyksnį, arba debesys ir žaibai horizonte yra paslėpti, o garsas vis tiek jus pasiekia.
Ar griaustinis yra kenksmingas?
Pats griaustinis yra tik garsas ir nekenksmingas per atstumą, bet žaibas, sukeliantis griaustinį, yra pavojingas; audros metu likite patalpose.