Piorun - czyli dżwięk słuszany "do tyłu w czasie"

[sjs2011]

Pisałem o tym kilka lat temu na jednym z forów - po latach powtarzam
Przyjmijmy, że piorun uderza pionowo w ziemię
Widzimy błysk i trwa on bez porównania krócej niż słyszany z opóźnieniem dźwięk.
Załóżmy że początek dźwięku dochodzi do nas po 9 sekundach
Czyli zakładając, że najbliższym punktem względem nas jest punkt przy ziemi gdzie uderzył piorun znajduje się w odległości ok 3.060 m
9sx340m/s=3060m
Dźwięk, przyjmijmy, że słyszymy przez 3 sekundy czyli koniec dźwięku oznacza drogę jaką musiał do nas przebyć od najdalszego od nas punktu plus zwłoka jaka była między błyskiem a początkiem dźwięku czyli przy założeniu, że uderzenie było prostopadłe do ziemi to dźwięk wędrował do nas 9+3=11 sekund
czyli odległość od najwyższego punktu pioruna do nasz wynosi 4080 m
Mamy więc trójkąt prostokątny
Przyprostokątna 3.000m
Przeciwprostokątna 4.000,
czyli wysokość z jakiej uderzył piorun wynosi
kwadrat 4 czyli 16 minus kwadrat 3 czyli 9 =7
pierwiastek z 7 to 2,6
czyli wysokość pioruna z jakiej uderzył wynosi 2,6km
--
Jeszcze ciekawiej jest jeśli piorun uderza między chmurami bo wtedy mamy stereofonię
Najpierw słyszymy dźwięk z punktu najbliższego a później nakładające się dźwięki z dwóch stron oddalających się od nas punktów które nie muszą być względem nas symetryczne ale zasada mierzenia odległości naszej od chmur pozostaje taka sama
Oczywiście odległości od chmur a nie pułapu na jakiej są chmury
--
Dlaczego nigdzie nie znalazłem podobnego przykładu liczenia w podręcznikach?

[neuroleptyk]

> Dźwięk, przyjmijmy, że słyszymy przez 3 sekundy czyli koniec dźwięku oznacza d
> rogę jaką musiał do nas przebyć od najdalszego od nas punktu plus zwłoka jaka b
> yła między błyskiem a początkiem dźwięku czyli przy założeniu, że uderzenie by
> ło prostopadłe do ziemi to dźwięk wędrował do nas 9+3=11 sekund
> czyli odległość od najwyższego punktu pioruna do nasz wynosi 4080 m
> Mamy więc trójkąt prostokątny
> Przyprostokątna 3.000m
> Przeciwprostokątna 4.000,
> czyli wysokość z jakiej uderzył piorun wynosi
> kwadrat 4 czyli 16 minus kwadrat 3 czyli 9 =7
> pierwiastek z 7 to 2,6
> czyli wysokość pioruna z jakiej uderzył wynosi 2,6km

Błędne rozumowanie długość dzwięku pioruna wynika z pogłosu tzn. nie każdy dziwęk jaki słyszymy dociera do nas bezpośrednio. Warto zawuażyć, że bliskie uderzenia pioruna mają szybki atak i wybrzmiewają krótko a dziwek jest relatywnie jasny podczas gdy w przypadku dalekich dzwięk narasta wolniej i dominują tam niskie częstotliwości.

[kornel-1]

neuroleptyk napisał:
> Błędne rozumowanie długość dzwięku pioruna wynika z pogłosu tzn. nie każdy dziw
> ęk jaki słyszymy dociera do nas bezpośrednio.

Co nie znaczy, że wątkodawca nie ma racji podając sposób wyliczenia długości pioruna. Trzeba tylko oddzielić pogłos od dźwięku docierającego bezpośrednio. Piorun jest rozciągłym źródłem dźwięku stąd rozciągłość czasowa grzmotu. Jest to przyczyną obserwowanego czasem narastania natężenia dźwięku przy odległych wyładowaniach: przecież nie wynika to z pogłosu, lecz właśnie z rozciągłości przestrzennej pioruna. Składają się na to dwa efekty: a) natężenie dźwięku maleje w przybliżeniu z kwadratem odległości b) szerokość kanału pioruna i natężenie dźwięku zmienia się wzdłuż drogi pioruna. To zjawisko jest opisane w książce Makowieckiego Pomyśl zanim odpowiesz.

>Warto zawuażyć, że bliskie uderzenia pioruna mają szybki atak i wybrzmiewają krótko a dziwek jest relatywnie jasny

Grzmot pioruna uderzającego z chmury nad nami jest krótki, gdyż błyskawica szybko pokonuje odległość między chmurą a ziemią. Fala dźwiękowa powstaje przez gwałtowne rozszerzanie się powietrza rozgrzanego w kanale błyskawicy i ma kształt walca o zmiennym przekroju. Rozbiega się prostopadle do kanału, więc stojąc pod piorunem nie usłyszymy (ogłuszeni zresztą łoskotem) znacznie cichszego pogłosu od odległych przeszkód. Takie echo jest - jak myślę - mało prawdopodobne (rozrysuj sobie kierunki fali).

Kornel

[neuroleptyk]

Autor napisał o słyszaniu dzwięku a więc przyjąłem najprostrzą interpretację.
W przypadku dalszych wyładowań nierzadko możemy usłyszeć modulacje nateżenia dzwięku w postaci np. dudnienia i chciałbym byś wytłumaczył to bez odwoływania się do echa czy pogłosu.

[kornel-1]

Masz na myśli dudnienie? Nie słyszałem podczas burzy. Owszem, słyszałem wielokrotne echo grzmotu odbijające się między chmurami i między ziemią a chmurami.

k.

Wyładowanie wielokrotne

[petrucchio]

Sytuację komplikuje trochgę fakt, że typowy piorun nie jest wyładowaniem pojedynczym, ale ciągiem kilku (a w skrajnych przypadkach chyba nawet do kilkudziesięciu) wyładowań rozddzielonych w czasie przerwami ok. 50 ms, rozchodzących się wzdłuż wielu rozgałęzionych kanałów. Grzmot wydłuża się wtedy i "rozmywa" z przyczyn innych niż sama długość błyskawicy.

[sjs2011]

Tak też może być ale nawet jeśli łącznie trwa sekundę to przy przykładowych 9 sekundach opóźnienia które liczymy od początku błysku nie ma to znaczenia
Problemem na który zwróciłem uwagę jest to, że dźwięk dochodzi do nas najpierw z najbliższego nam punktu - chyba to nie ulega wątpliwości - i na końcu dochodzi z najdalszego punktu - też logiczne.
Czyli pomiar - początek błysku - początek huku daje jak nic pomiar odległości najbliższego punktu.
Suma czasów liczona od początku pioruna /początek błysku/ do końca dźwięku daje jak nic pomiar do najdalszego punktu
Oczywiście pomiary w otwartym terenie bez odbić

[smutas]

Oczywiście pomiary w otwartym terenie bez odbić

Otwarty teren nie gwarantuje braku odbic. Burze z piorunami powstaja w bardzo turbulencyjnym powietrzu o duzych roznicach temperatur i wilgotnosci. Co za tym idzie o znaczacych roznicach predkosci dzwieku. Fala dzwiekowa podlega wielokrotnym ugieciom i odbiciom w samej atmosferze...

Do tego "od dolu" widzimy tylko niewielka czesc aktywnosci elektrycznej. Wewnatrz chmur rowniez anstepuja wyladowania, ktorych blyskawice nie docieraja do ziemi ale je slychac. Lepiej to widac np. z samolotu lub obserwujac z daleka chmury burzowe.



Musisz brac rowniez pod uwage tlumienie dzwieku w atmosferze. Wyladowania na wiekszych wysokosciach po prostu nie slychac...

cheers

[neuroleptyk]

sjs2011 napisał:

> Czyli pomiar - początek błysku - początek huku daje jak nic pomiar odległości n
> ajbliższego punktu.

Myślę iż przy pewnych uproszczeniach to może mieć to sens do obliczania drogi jaką przebył dzwięk, co nie jest równoznaczne odległości od źródła dzwięku. Jaki masz argument na to iż zawsze dociera do ciebie nieodbity dzwięk? Jeżeli dociera do ciebie bezpośredni dzwięk to jest pierwszy, ale fałszem jest wnioskowanie z tego iż jeżeli dociera do ciebie pierwszy dziwęk to jest to dzwięk bezpośredni.

[sjs2011]

W odległości około 30 km od mojej działki są Kozienice
Wyjątkowo często tam występują burze - w porównaniu z innymi kierunkami
Często obserwuję tam pioruny między chmurami
Kiedyś wyszło mi, że długość pioruna to około 20 km oczywiście z możliwością dość dużego błędu ale już samo to, że wychodzi nie kilka km a kilkadziesiąt jest jak uważam ciekawe
--
my drogę pioruna widzimy płasko a przecież może się on od nas oddalać, przybliżać, zakręcać, wracać
---
30 lat temu "bawiłem sie" w kontrolowane wyładowania w celu uzyskania impulsowych pól magnetycznych w Instytucie Fizyki
Na stanowisku do wielokrotnych pomiarów uzyskiwane były pola do 360 kGs a na "jednorazowym" do 1 MGs
Aby takie pola uzyskać trzeba było potężną baterię kondensatorów najpierw naładować do 3 - 6 kV a następnie w sposób kontrolowany rozładować w czasie np 10 ms po przez cewkę