Гроза – прекрасное и пугающее проявление сил природы. В древние времена ее считали знамением гнева могущественных богов, потому что величие этого явления пугало и одновременно восхищало наших предков. Но наука давно разгадала тайну сверкающей молнии и оглушающего грома. Гром начинается с молнии, молния – с грозы, а гроза берет начало в облаках.
Облака – это скопления микроскопических капель воды или кристаллов льда. Существует множество разных видов облаков, но гром и молнию порождает только один тип – грозовые. Это большое кучевое облако, как правило, дождевое. Оно плоское снизу, большое по высоте и по площади. Именно в нем зарождается молния.
Молния – это мощный электрический разряд в атмосфере. Существует два типа молний: внутриоблачные и наземные. Внутриоблачные бьют из облака в облако, а наземные – из облака в землю. Возникают они из-за разницы потенциалов между двумя облаками или между облаком и землей. Это сложное явление, в ходе которого электрический заряд облака превращается в тепло и свет. Температура молнии может достигать 30000°С. Именно в этом кроется причина возникновения грома. При нагревании до такой высокой температуры воздух стремительно расширяется, и образуется своего рода ударная волна. Из-за нее возникают колебания воздуха, которые мы слышим как гром. Молния нагревает воздух не в один момент, а расстояние и облака искажают звук, поэтому гром доносится до нас гулкими раскатами.
Молния видна всегда раньше, чем слышен гром. Это связано с тем, что скорость света во много раз превышает скорость звука, поэтому свет молнии доходит до нас практически без задержки, а гром – с заметным опозданием. Благодаря этому можно легко посчитать расстояние до места, куда ударила молния . Для этого нужно:
- посчитать секунды от появления молнии до начала раскатов грома;
- разделить на три.
Полученное число – количество километров до места, куда ударила молния. Беззвучные и почти невидимые молнии – зарницы – как правило, слишком далеки и скрыты облаками, поэтому от них мы не слышим гром.
Гроза и молнии до сих пор остаются загадочным явлением . Разные типы молний в разных слоях атмосферы не спешат раскрывать свои тайны. Совершенно удивительны молнии в верхних слоях атмосферы – эльфы и спрайты, беззвучные вспышки, возникающие вне зависимости от грозовых облаков. Загадочны и непостижимы шаровые молнии – непредсказуемые электрические разряды, рождающиеся в атмосфере, плывущие в потоках ветра и иногда даже попадающие внутрь зданий. И самая большая загадка, над которой долгое время бьются ученые – откуда берется разница потенциалов, так называемое атмосферное электричество, порождающее грозу?
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.
Вот еще недавно чистое, ясное небо затянули облака. Упали первые капли дождя. А в скором времени стихия продемонстрировала земле свою силу. Гром и молния пронзили грозовое небо. Откуда приходят подобные явления? Человечество множество веков видело в них проявление божественной силы. Сегодня мы знаем о возникновении таких явлений.
Происхождение грозовых туч
Облака появляются в небе из конденсата, поднимающегося высоко над землей, и парят в небе. Тучи же более тяжелые и большие. Они приносят с собой все "спецэффекты", присущие непогоде.
Грозовые облака отличаются от обычных наличием заряда электричества. Причем есть тучи с положительным зарядом, а есть с отрицательным.
Чтобы понять, откуда берутся гром и молния, следует подняться выше над землей. В небе, где нет препятствий для вольного полета, дуют ветра сильнее, чем на земле. Именно они провоцируют заряд в облаках.
Происхождение грома и молнии может объяснить всего одна капля воды. Она имеет положительный заряд электричества в центре и отрицательный снаружи. Ветер разбивает ее на части. Одна из них остается с отрицательным зарядом и имеет меньший вес. Более тяжелые положительно заряженные капли образуют такие же тучи.
Дождь и электричество
До того как в грозовом небе появятся гром и молния, ветер разделяет облака на положительно и отрицательно заряженные. Дождь, падающий на землю, уносит часть этого электричества с собой. Между тучей и поверхностью земли образовывается притяжение.
Отрицательный заряд тучи будет притягивать положительный на земле. Это притяжение будет располагаться равномерно на всех поверхностях, находящихся на возвышенности, и проводящих ток.
И вот дождь создает все условия для появления грома и молнии. Чем выше предмет к туче, тем легче молнии пробиться к нему.
Происхождение молнии
Погода подготовила все условия, которые помогут появиться всем ее эффектам. Она создала тучи, откуда берутся гром и молния.
Заряженная отрицательным электричеством крыша притягивает к себе положительный заряд наиболее возвышенного предмета. Его отрицательное электричество уйдет в землю.
Обе эти противоположности стремятся притянуться друг к другу. Чем больше в туче электричества, тем больше его и в самом возвышенном предмете.
Накапливаясь в туче, электричество может прорвать слой воздуха, находящийся между ней и предметом, и появится сверкающая молния, прогремит гром.
Как развивается молния
Когда бушует гроза, молния, гром сопровождают ее беспрестанно. Чаще всего искра происходит из отрицательно заряженной тучи. Она развивается постепенно.
Сначала из тучи по каналу, направленному к земле, течет небольшой поток электронов. В этом месте тучи скапливаются электроны, двигающиеся с большой скоростью. Благодаря этому электроны сталкиваются с атомами воздуха и разбивают их. Получаются отдельные ядра, а также электроны. Последние также устремляются к земле. Пока они движутся по каналу, все первичные и вторичные электроны снова расщепляют стоящие у них на пути атомы воздуха на ядра и электроны.
Весь процесс похож на лавину. Он двигается по нарастающей. Воздух разогревается, его проводимость увеличивается.
Все сильнее электричество из тучи стекается к земле со скоростью 100 км/с. В этот момент молния пробивает себе канал к земле. По этой дороге, проложенной лидером, электричество начинает течь еще быстрее. Происходит разряд, имеющий огромную силу. Достигая своего пика, разряд уменьшается. Канал, разогретый таким мощным током, светится. И в небе становится видно молнию. Протекает такой разряд недолго.
После первого разряда часто следует второй по проложенному каналу.
Как появляется гром
Гром, молния, дождь неразлучны при грозе.
Гром возникает по следующей причине. Ток в канале молнии образуется очень быстро. Воздух при этом очень нагревается. От этого он расширяется.
Это происходит так быстро, что напоминает взрыв. Такой толчок сильно сотрясает воздух. Эти колебания и приводят к появлению громкого звука. Вот откуда берутся молния и гром.
Как только электричество из тучи достигнет земли и исчезнет из канала, он очень быстро охлаждается. Сжатие воздуха также приводит к раскатам грома.
Чем больше молний прошло по каналу (их может быть до 50 штук), тем продолжительнее сотрясения воздуха. Этот звук отражается от предметов и туч, и происходит эхо.
Почему есть интервал между молнией и громом
В грозу за появлением молнии следует гром. Опоздание его от молнии происходит из-за разных скоростей их движения. Звук движется с относительно небольшой скоростью (330 м/с). Это всего в 1,5 раза быстрее движения современного "Боинга". Скорость света гораздо больше скорости звука.
Благодаря такому интервалу можно определить, как далеко от наблюдателя находятся сверкающие молнии и гром.
Например, если между молнией и громом прошло 5 с, это значит, что звук прошел 330 м 5 раз. Путем умножения легко посчитать, что молнии от наблюдателя были на расстоянии 1650 м. Если гроза проходит ближе, чем 3 км от человека, она считается близкой. Если расстояние в соответствии с появлением молнии и грома дальше, то и гроза дальняя.
Молния в цифрах
Гром и молния были изменены учеными, и результаты их исследований представлены общественности.
Было установлено, что разница потенциалов, предшествующих молнии, достигает миллиардов вольт. Сила тока при этом в момент разряда достигает 100 тыс. А.
Температура в канале разогревается до 30 тыс. градусов и превышает температуру на поверхности Солнца. От облаков до земли молния проходит со скоростью 1000 км/с (за 0,002 с).
Внутренний канал, по которому течет ток, не превышает 1 см, хотя видимый достигает 1 м.
В мире непрерывно происходит около 1800 гроз. Вероятность быть убитым молнией составляет 1:2000000 (такая же, как умереть при падении с кровати). Вероятность увидеть шаровую молнию равна 1 к 10000.
Шаровая молния
На пути изучения того, откуда гром и молния происходят в природе, самым загадочным явлением выступает шаровая молния. Эти круглые огненные разряды до конца еще не изучены.
Чаще всего форма такой молнии напоминает грушу или арбуз. Она существует до нескольких минут. Появляется в конце грозы в виде красных сгустков от 10 до 20 см в поперечнике. Наибольшая шаровая молния, сфотографированная однажды, была около 10 м в диаметре. Она издает жужжащий, шипящий звук.
Исчезнуть может тихо или с небольшим треском, оставляя запах гари и дымок.
Движение молнии не зависит от ветра. Их тянет в закрытые помещения через окна, двери и даже щели. Если соприкасаются с человеком, оставляют сильные ожоги и могут привести к летальному исходу.
До сих пор причины появления шаровой молнии были неизвестны. Однако это не является свидетельством ее мистического происхождения. В этой области ведутся исследования, которые смогут объяснить сущность такого явления.
Ознакомившись с такими явлениями, как гром и молния, можно понять механизм их возникновения. Это последовательный и довольно сложный физико-химический процесс. Он представляет собой одно из самых интересных явлений природы, которое встречается повсеместно и потому затрагивает практически каждого человека на планете. Ученые разгадали загадки практически всех видов молний и даже измеряли их. Шаровая молния на сегодняшний день выступает единственной нераскрытой тайной природы в области образования подобных явлений природы.
Я очень люблю осень. Это время года, когда отступает летняя невыносимая жара, а пейзажи приобретают самые волшебные краски. Обожаю, когда в окно стучат капли дождя, а я с чаем и под теплым пледом смотрю интересный фильм. Но иногда эту идиллию нарушают громкий грохот грома и яркие сверкания молнии. Эти явления способны нагнать страх и ужас.
Почему люди боятся грома
Наверное, все кроется в нашем сознании, ведь еще в самые древние времена люди расценивали такие явления, как гром и молнию, наказанием богов и сильно их опасались. Гром вселял в людей страх по таким причинам:
- они верили в существование бога-громовержца, который и насылал на людей проклятье;
- верили в существования великана, который живет в небе, и если его разгневать, он пустит свои огненные стрелы;
- и даже существовало мнение, что гром - предшественник болезней и бед.
Конечно, сейчас гром уже никто не воспринимает, как кару небесную, но возможно, именно страх наших предков и передался нам на генетическом уровне.
Почему мы слышим гром
Как я узнала позже, гром - это явление в атмосфере, возникает вместе с разрядом молнии и являет собою звуковую волну, которая продолжается на несколько секунд. А все дело в том, что внутри грозовых туч потоки воздуха очень быстро перемещаются. Вверху этих туч температура достигает 40 градусов минусовой температуры . Когда капли воды поднимаются наверх, они замерзают. Эти замерзшие льдинки перемещаются внутри тучи с колоссальной скоростью. Ударяясь между собой, они распадаются и заряжаются электричеством. Кусочки льда меньших размеров удерживаются вверху тучи, а большие льдинки спускаются и оттаивают, становясь снова каплями воды. Так и выходит, что внутри тучи создаются сразу позитивный и негативный заряды . И если они сталкиваются, то возникает сильный электрический разряд, то есть молния . Молния в свою очередь очень быстро разогревает около себя воздух до такой степени, что он разрывается . Этот взрыв и есть в нашем понимании не что иное, как гром.
Но самым интересным для меня оказался тот факт, что мы слышим не одну такую ударную волну, а несколько. Это в народе называется «раскатом грома», чтоочень похоже на грохот покатившихся бочек в небе.Такое явление можно объяснить тем, что волны звука ударной волны встречают на своем пути разные препятствия и отражаются от них. Очень важно понимать, что на самом деле гром - всего лишь звуковой эффект, которого вовсе не стоит боятся.Однако, стоит опасаться сопровождающее его явление - молнию, которая очень опасна и может создать угрозу для жизни. Поэтому ни в коем случае не гуляйте по улице во время молнии. Берегите себя!
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.
