Самым захватывающим явлением природы на земле без преувеличения можно назвать грозу. Она одновременно и прекрасна, когда пронизывает небо своими лучами и страшна, когда слышны перекаты грома. Давайте выясним, что же происходит в небе во время грозы.
Все, кто учился в школе, из уроков физики наверняка помнят, что облака собирают в себе заряд электричества. Образованию грозовых облаков способствует высокая температура (в тропических широтах, например).
Облако постепенно увеличивается, поднимаясь в высшие слои атмосферы где температура уже отрицательная, таким образом, начинается образование тяжелых кристаллов льда. Цвет облака становится темным, приобретая «свинцовый» оттенок.
При столкновении с частицами воздуха кристаллы льда и капли воды электризуются внутри облака. В последствии чего, капли воды и льдинки падая, переносят на нижнюю часть тучи отрицательный заряд. В это время происходит притяжение верхней части тучи — положительно заряженной и нижней части тучи — которая заряжена отрицательно.
Между верхней и нижней частями тучи возникает очень большое напряжение в сотни миллионов Вольт. Появляется огромная искра между землей и облаком протяженностью в несколько километров — это молния.
Образовавшаяся вспышка нагревает воздух, из-за чего он «разрывается» и этот взрыв называется громом. Он гремит раскатами, отзываясь эхом. Объяснить это явление можно тем, что скорость света гораздо выше скорости звука, из-за этого молния видна сразу, а гром мы слышим спустя несколько секунд.
Такие сложнейшие атмосферные явления приводят к образованию молний и грозовых облаков.
Сами процессы, происходящие во время грозы, изучены достаточно хорошо. Гром - звуковое сопровождение мощной ударной волны, появляющейся в результате гигантского электрического разряда.
Как возникает молния?
Из-за трения между мельчайшими льдинками и каплями водяного пара в атмосфере возникает статическое электричество. Воздух ток не проводит, то есть является диэлектриком. При накоплении электрического заряда в определенный момент напряженность поля превышает критическое значение, происходит разрушение молекулярных связей. При этом воздух, водяной пар теряет электроизоляционные свойства. Это явление называется пробоем диэлектрика. Оно может происходить внутри облака, между двумя соседними грозовыми тучами или облаком и землей.
В результате пробоя образуется канал с высокой электропроводностью, заполняемый гигантским искровым разрядом - это и есть молния. При этом процессе выделяется огромное количество энергии. Длина вспышки может достигать 300 км и более. Воздух, находящийся на пути молнии, очень быстро нагревается до 25 000 - 30 000°С. Для сравнения: температура поверхности Солнца 5726 °С.
Почему возникает гром?
Нагретый молнией воздух расширяется. Происходит мощный взрыв. Он порождает ударную волну, сопровождающуюся очень громким звуком, не единичным, а с раскатами. Это и есть гром. Чем больше изломов имеет молния, тем больше раскатов грома , т.к. на каждом повороте происходит новый взрыв. Плюс звук отражается от соседних облаков. Его максимальная громкость - 120 дБ. Молния линейная и жемчужная не может не сопровождаться грохотом. Просто иногда гроза так далеко от места, с которого видно вспышку, что звук не успевает до него дойти.
Интересный факт : в древних языческих религиях всегда был бог-громовержец. Грохот во время грозы считался одним из проявлений его гнева. Сейчас очевидно, что этот звук нужно воспринимать лишь как предупреждение о приближающейся опасности. При его появлении нужно просто прикинуть расстояние до грозы и степень риска для людей, находящихся на улице.
Как определить расстояние до молнии по звуку грома?
Между молнией и раскатами грома всегда проходит какое-то время. Это происходит из-за того, что скорость света в миллион раз больше скорости звука. Поэтому сначала видно вспышку и только спустя несколько секунд слышен грохот. Если засечь это время, то можно примерно рассчитать расстояние до грозы.
Почему гремит гром и сверкает молния?
Многие люди боятся грозы. Это и в самом деле страшно. Тёмные мрачные тучи закрывают солнышко, гремит гром, сверкают молнии, а потом начинается сильный дождь. Что же происходит там наверху и откуда берутся гром и молнии?
Люблю грозу в начале мая,
Когда весенний, первый гром,
Как бы резвяся и играя,
Грохочет в небе голубом.
Гремят раскаты молодые,
Вот дождик брызнул, пыль летит,
Повисли перлы дождевые,
И солнце нити золотит.
С горы бежит поток проворный,
В лесу не молкнет птичий гам,
И гам лесной и шум нагорный -
Все вторит весело громам.
Ты скажешь: ветреная Геба,
Кормя Зевесова орла,
Громокипящий кубок с неба,
Смеясь, на землю пролила.
Поэт был несомненно прав как минимум в том, что гром можно услышать в основном только во время грозы. С незапамятных времен люди воспринимали гром и молнию как проявление гнева Богов, и, где-то глубоко, внутри нас до сих пор всё ещё сидит этот суеверный страх перед этим явлением. Как же сегодня наука объясняет почему гром гремит?
Оказывается, что водяные пары, образующие облака, накапливают электрические заряды, которые образуют значительную разницу потенциалов между землёй и облаками.
Грозовые тучи огромные. Обычно их высота составляет несколько километров. Нам с земли не видно, но внутри грозовых туч все кипит и бурлит. Потоки воздуха в них быстро перемещаются сверху вниз и снизу наверх. В самом верху этих туч очень холодно, до -40 градусов. Капельки воды, из которых собственно и состоят грозовые облака, попадают наверх и замерзают. Из них получаются кусочки льда, которые носятся внутри облаков с огромной скоростью, сталкиваются, разрушаются и заряжаются электричеством. Льдинки поменьше и полегче остаются наверху. А те, что покрупнее спускаются вниз и тают, превращаясь опять в капельки воды. Вот и получается, что в грозовой туче формируются два электрических заряда - наверху отрицательный, а внизу положительный.
Воздух, находящийся между ними, играет своеобразную роль диэлектрика в огромном конденсаторе. Когда электрический заряд становится критическим, возникает молния, которая разряжает облако на землю. И когда происходит разряд - молния ударяет в землю за доли секунды, нагревая воздух на своём пути до температуры в тысячи градусов Цельсия. Вибрации воздуха в местах прохождения молнии мы и слышим как гром. А раскатистый звук получается из-за того, что скорость звука невелика, а длина молнии составляет порой несколько километров. Поэтому молния уже давно ударит в землю, а мы только через несколько секунд начнём слышать продолжительный звук грома, доходящий до нас из различных слоёв воздуха по пути прохождения молнии.
Зная время, прошедшее между вспышкой молнии и ударом грома, можно приблизительно определить расстояние, на котором находится гроза. Скорость света на несколько порядков выше скорости звука; ею можно пренебречь и учитывать лишь скорость звука, которая составляет 300-360 метров в секунду. То есть, если гром услышали через секунду после удара молнии, то до грозы примерно около километра. Как правило, гром слышен на расстоянии до 15-20 километров, таким образом, если наблюдатель видит молнию, но не слышит грома, то гроза находится на расстоянии более 20 километров.
Так всё просто, спросите Вы, а где же мистика? Дело всё в том, что учёные до сих пор не могут до конца объяснить один важный вопрос: каким образом в облаках накапливается электричество и возникает разность потенциалов. Есть предположения, что, ионизация атмосферы для прохождения разряда происходит под влиянием высокоэнергетического космического излучения.
Мы поражаемся, когда молния "разрывает" небо. От этого грозного оружия природы можно пострадать везде, даже в машине или внутри здания. Ежедневно на поверхность нашей планеты обрушивается свыше 8000000 ударов молний. Это одно из самых смертельных орудий природы. Природная сила, которая заложена в молнии, способна превратить песок в стеклянную массу и из дерева выпарить воду. Можно посвятить свою жизнь изучению этого явления, а можно получать истинное удовольствие от созерцания молний.
Но всё-таки следует пугаться молнии. Потому что она может убить или стать причиной пожара. Люди научились защищать свои дома от молнии. Для этого используют металлические шесты, которые притягивают к себе электричество и уводят его в землю. А вот если Вас гроза застала в лесу или в поле, не прячьтесь под высокие деревья. Ведь именно они в первую очередь и притягивают к себе молнии.
Гроза – это пугающее явление. Независимо от того, где мы находимся. Дома или на улице. Все равно страшно. Пугают ослепительные блики, раскатистое грохотанье. Звуки как будто догоняют друг друга, то приближаясь, то удаляясь. В древности люди считали небесный грохот гневом богов. А молнию – карающим мечом. Но мы же понимаем, что этим явлениям есть более земное объяснение. Почему гремит гром? Почему он неразлучен с молнией? Почему идет дождь во время грозы?
Как формируются грозовые облака?
В атмосферном воздухе есть вода. В виде пара. Под воздействием высокой температуры воздуха с водной поверхности земли поднимается теплый пар. Снизу его подгоняет теплый воздух.
В верхних слоях атмосферы температура более низкая. Чем выше водяной пар поднимается, тем холоднее вокруг него становится. Соответственно, он остывает.
В атмосфере есть не только газы и вода. Присутствует также пыль. Вокруг ее мельчайших частичек и конденсируется остывший пар. Маленькие водяные капельки и льдинки превращаются в облака. Они бывают разными. В виде перьев или огромных куч, белых полосок на небесном склоне или рваных тряпиц.
Грозовые тучи образуются вследствие столкновения масс воздуха. Тогда в верхней части собирается много-много водяных кристалликов. Получается некое подобие белой плотной пелены. Она подсвечивает холодом все облако, которое приобретает насыщенный оттенок свинца. Потому мы и называем такие тучи «свинцовыми», «тяжелыми».
Порождение грома и молнии
Грозовые облака порождают блискавицы. А молнии, в свою очередь, небесный грохот. Как это происходит? Почему гремит гром?
1. Капельки и льдинки в верхней части грозовой тучи взаимодействуют с молекулами воздуха и заряжаются электричеством. Когда они тяжелеют, то падают вниз. Так нижняя часть облака заряжается отрицательно.
2. В это же время положительный заряд накапливается вверху тучи. А плюс и минус притягиваются.
3. Под влиянием притяжения положительного и отрицательного возникает напряжение. С учетом размеров облака (до десяти километров в ширину) это напряжение достигает сотен миллионов вольт. Так рождается молния.
4. Появившаяся из тучи искра следует к земле. Ее температура огромна – более двадцати градусов. В результате стремительного движения огненной стрелы в атмосфере создается большое давление. А сразу за ней воздух резко сжимается, возвращаясь в свое первоначальное состояние. Получается взрывоподобный звук. Так рождается гром.
Частые вопросы:
Почему мы сначала видим молнию, а потом слышим звук грома?
Потому что скорость света в сотни миллионов раз больше скорости звука.
Почему мы слышим раскаты грома?
Потому что волны звука встречают на своем пути различные препятствия (облака, земля) и отражаются от них. Происходит это многократно. Отсюда и раскатистые громовые звуки.
Иногда мы видим блискавицу, но не слышим раскатов. Почему?
Гроза находится слишком далеко от нас, более двадцати километров.
Что такое гром? Гром - это звук, сопровождающий разряд молнии во время грозы. Звучит достаточно просто, но почему молния звучит именно таким образом? Любой звук состоит из вибраций, которые создают звуковые волны в воздухе. Молния - это огромный разряд электричества, который выстреливает в воздухе, вызывая вибрации. Многие не раз задавались вопросом о том, откуда появляется молния и гром и почему гром предшествует молнии. Этому явлению есть вполне объяснимые причины.
Каким образом гремит гром?
Электричество проходит через воздух и приводит частицы воздуха в состояние вибрации. Молния сопровождается невероятно высокой температурой, поэтому воздух вокруг нее также очень сильно нагревается. Горячий воздух расширяется, увеличивая при этом силу и количество вибраций. Что такое гром? Это и есть звуковые вибрации, возникающие при разрядах молнии.
Почему гром гремит не одновременно с молнией?
Мы видим молнию прежде, чем слышим гром, потому что свет распространяется быстрее, чем звук. Есть старый миф о том, что считая секунды между вспышкой молнии и громом, можно узнать расстояние до того места, где бушует буря. Однако, с математической точки зрения, это предположение не имеет под собой научного обоснования, так как скорость звука равна примерно 330 метров в секунду.
Таким образом, чтобы гром прошел один километр, ему потребуется 3 секунды. Поэтому более правильным будет посчитать количество секунд между вспышкой молнии и шумом грома, а затем разделить это число на пять, это и будет расстояние до грозы.
Это загадочное явление - молния
Тепло от электричества молнии повышает температуру окружающего воздуха до 27,000°С. Поскольку молния двигается с невероятной скоростью, нагретый воздух просто не успевает расширяться. Нагретый воздух сжимается, его атмосферное давление при этом увеличивается в разы и становиться от 10 до 100 раз больше нормального. Сжатый воздух вырывается наружу от канала молнии, формируя ударную волну сжатых частиц в каждом направлении. Подобно взрыву быстро распространяющиеся волны сжатого воздуха создают громкий, гулкий всплеск шума.
Исходя из того, что электричество следует кратчайшим путем, преобладающее количество молний близки к вертикальным. Однако молния может также разветвляться, вследствие чего меняется и звуковая окраска громового грохота. Ударные волны от разных вилок молнии отскакивают друг от друга, а низко висящие облака и близлежащие холмы помогают создавать непрерывное ворчание грома. Почему гремит гром? Гром вызывается быстрым расширением воздуха, окружающего путь молнии.
Что вызывает молнии?
Молния представляет собой электрический ток. Внутри грозового облака высоко в небе многочисленные небольшие кусочки льда (замерзшие капли дождя) сталкиваются друг с другом, двигаясь в воздухе. Все эти столкновения создают электрический заряд. Через некоторое время целая туча наполняется электрическими зарядами. Положительные заряды, протоны, формируются в верхней части облака, а отрицательные заряды, электроны, образуются в нижней части облака. А как известно, противоположности притягиваются. Основной электрический заряд концентрируется вокруг всего, что выпирает над поверхностью. Это могут быть горы, люди или одинокие деревья. Заряд идет вверх от этих точек и в конечном итоге соединяется с зарядом идущих вниз от облаков.
Что вызывает гром?
Что такое гром? Это звук, который вызывает молния, являющаяся, по сути, потоком электронов, протекающих между или внутри облака, или между облаком и землей. Воздух вокруг этих потоков нагревается до такой степени, что становится в три раза горячее, чем поверхность Солнца. Проще говоря, молнией называется яркая вспышка электроэнергии.
Такое потрясающее и одновременно устрашающее зрелище грома и молнии является сочетанием динамических вибраций молекул воздуха и их нарушения посредством электрических сил. Это великолепное шоу в который раз напоминает всем о могущественной силе природы. Если был слышен грохот грома, скоро блеснет и молния, на улице в это время лучше не находиться.
Гром: забавные факты
- Судить о том, насколько близко молния, можно, сосчитав секунды между вспышкой и раскатом грома. На каждую секунду приходится около 300 метров.
- Во время большой грозы увидеть молнию и услышать гром - это обычное явление, большой редкостью является гром во время выпадения снега.
- Молния не всегда сопровождается громом. В апреле 1885 года пять молний ударили в памятник Вашингтону во время грозы, грома так никто и не услышал.
Осторожно, молния!
Молния - это довольно опасное природное явление, и лучше от нее держаться подальше. Находясь в помещении во время грозы, нужно избегать воды. Это отличный проводник электричества, поэтому не стоит принимать душ, мыть руки, посуду или стирать. Не стоит пользоваться телефоном, так как молния может ударить по внешним телефонным линиям. Не включать электрическое оборудование, компьютеры и бытовую технику во время шторма. Зная, что такое гром и молния, важно правильно вести себя, если вдруг гроза застала врасплох. Стоит держаться подальше от окон и дверей. Если кого-то ударила молния, нужно позвать на помощь и вызвать скорую.
