Гром и молния: что об этом нужно знать

В теплое время года довольно часто бывают грозы ‑ впечатляющие природные явления, тем не менее, вызывающие не только любопытство, но и страх. Во время грозы между облаками и Землей возникают электрические разряды, которые хорошо видно и слышно: молния наблюдается в виде ветвящихся светящихся линий, пронизывающих небо, а несколько позже мы слышим раскатистый звук грома. При этом, как правило, наблюдается ливневый дождь, сопровождающийся шквальным ветром и градом. Гроза является одним из наиболее опасных атмосферных явлений: только наводнения связаны с большим, чем у гроз количеством человеческих жертв. Интерес к изучению природного электричества возник еще в давние времена. Первым, кто исследовал электрическую природу молнии, был Бенджамин Франклин – американский политический деятель, но вместе с тем ученый и изобретатель. Именно он еще в 1752 году предложил первый проект молниеотвода. Давайте попробуем разобраться, какую опасность несет гроза, и что нужно знать и делать, чтобы себя обезопасить.

Одновременно на Земле действует около полутора тысяч гроз, средняя интенсивность разрядов оценивается как 100 молний в секунду или свыше 8 миллионов в день. По поверхности планеты грозы распределяются неравномерно. Над океаном гроз наблюдается приблизительно в десять раз меньше, чем над континентами. В тропической и экваториальной зоне (от 30° северной широты до 30° южной широты) сосредоточено около 78 % всех молниевых разрядов. Максимум грозовой активности приходится на Центральную Африку. В полярных районах Арктики и Антарктики и над полюсами гроз практически не бывает. Интенсивность гроз следует за солнцем: максимум гроз приходится на лето (в средних широтах) и дневные послеполуденные часы. Минимум зарегистрированных гроз приходится на время перед восходом солнца. На грозы влияют также географические особенности местности: сильные грозовые центры находятся в горных районах Гималаев и Кордильер.

Во время грозы между тучами и Землей возникает огромное напряжение, достигающее значения в 1000000000 В. При таком напряжении воздух ионизируется, превращаясь в плазму, и возникает гигантский электрический разряд с силой тока до 300000 А. Температура плазмы в молнии превышает 10000 °С. Молния проявляется яркой вспышкой света и ударной звуковой волной, которую несколько позднее слышно в качестве грома. Опасна молния еще и тем, что она может ударить совершенно неожиданно, и ее путь может быть непредсказуем. Однако расстояние до грозового фронта и скорость его приближения или удаления можно легко определить при помощи секундомера. Для этого необходимо засечь время между вспышкой света молнии и раскатом грома. Скорость звука в воздухе составляет примерно 340 м/с, поэтому, если вы услышали гром через 10 с после вспышки света, то до грозового фронта примерно 3,4 км. Измеряя таким образом время между вспышкой света и громом, а также время между разными ударами молнии, можно определить не только расстояние до них, но и скорость приближения или удаления грозового фронта:

где – скорость звука, – время между вспышкой света и громом первой молнии, – время между вспышкой света и громом второй молнии, – время между молниями. Если значение скорости получится положительным, то грозовой фронт приближается, а если отрицательным – удаляется. При этом необходимо учитывать, что направление ветра не всегда совпадает с направлением движения грозы.

Если все-таки вы попали в грозу, то следует соблюдать ряд простых правил, чтобы себя обезопасить:

Во-первых, во время грозы желательно избегать открытой местности. Молния с большей вероятностью бьет в самую высокую точку, одинокий человек в поле – это и есть та самая точка. Если Вы по какой-то причине остались в поле один на один с грозой, спрячьтесь в любом возможном углублении: канавке, ложбинке или самом низком месте поля, сядьте на корточки и пригните голову. При этом следует помнить, что песчаная и каменная почвы имеют меньшую электропроводность, а значит, они безопаснее, чем глинистая. Не следует прятаться под отдельно стоящими деревьями, так как они в первую очередь подвержены ударам молнии. А если вы находитесь в лесу, то лучше всего прятаться под низкорослыми деревьями с густой кроной.

В-третьих, если гроза застала Вас в машине, то она достаточно хорошо защищает от молнии, так как даже при ударе молнии разряд идет по поверхности металла. Поэтому закройте окна, отключите радиоприёмник и GPS-навигатор. Не следует дотрагиваться до любых металлических деталей автомобиля. Очень опасно во время грозы разговаривать по мобильному телефону. Лучше всего во время грозы его тоже выключить. Были случаи, когда входящий звонок становился причиной попадания молнии. Велосипед и мотоцикл в отличие от машины от грозы вас не спасут. Необходимо слезть, уложить транспорт на землю и отойти на расстояние примерно 30 м от него.

В природе существуют разные виды молний: линейные (наземные, внутриоблачные, молнии в верхней атмосфере) и шаровые молнии – светящиеся плавающие в воздухе образования, уникально редкое природное явление. Если природа линейной молнии ясна и ее поведение более предсказуемо, то природа шаровой молнии до сих пор хранит в себе множество тайн. Несмотря на то, что вероятность поражения человека шаровой молнией мала, тем не менее, она представляет серьезную опасность, так как не существует надежных методов и правил защиты от нее.

Поведение шаровой молнии непредсказуемо. Она может неожиданно появляться где угодно, в том числе в закрытых помещениях. Отмечены случаи появления шаровой молнии из телефонной трубки, электрической бритвы, выключателя, розетки, репродуктора. Достаточно часто она проникает в здания через трубы, открытые окна и двери. Известны случаи, когда шаровая молния проникала в помещение через узкие щели и даже замочную скважину. Размеры шаровой молнии могут быть различными: от нескольких сантиметров до нескольких метров. В большинстве случаев шаровая молния легко парит или катится над землей, иногда подскакивая, но может и зависнуть над поверхностью земли. Как утверждают очевидцы, шаровая молния реагирует на ветер, сквозняк, восходящие и нисходящие потоки воздуха. Но это не всегда так: известны случаи, кода шаровая молния никак не реагировала на потоки воздуха.

Шаровая молния может внезапно появиться и так же внезапно исчезнуть, не нанеся вреда человеку или помещению. Например, может залететь в окно и вылететь из помещения через открытую дверь или дымовую трубу, пролетев мимо Вас. При этом следует знать, что всякий контакт с человеком приводит к тяжелым травмам, ожогам, а в большинстве случаев к смертельному исходу. Поэтому, если вы увидели шаровую молнию, безопаснее всего удалиться от нее на максимально возможное расстояние.

Кроме того шаровая молния часто взрывается. Возникающая при этом ударная воздушная волна может травмировать человека или привести к разрушениям. Например, известны случаи взрывов молний в печках, дымоходах, что привело к серьезным разрушениям. Температура внутри шаровой молнии достигает 5000 °С, поэтому она может стать причиной пожара. Статистика поведения шаровой молнии говорит о том, что в 80% случаев взрывы не были опасны, однако тяжелые последствия все-таки возникали в 10% взрывов.

По предложенному методу мы предлагаем вам рассчитать расстояние до грозового разряда и его скорость, если первый гром был слышен через 20 секунд после наблюдения первой молнии, а второй через 15 секунд после наблюдения второй молнии. Время между молниями составляет 1 минуту.

Автор: Матвеев К.В., методист ГМЦ ДО г. Москвы

Источник

Как рассчитать расстояние до грозы?

Возможно, вам известен метод, позволяющий узнать, как далеко находится гроза, путем подсчета секунд после удара молнии? В этой короткой статье мы поговорим об этом.

Для тех, кто не знает этот трюк, после прочтения вы узнаете, как быстро оценить расстояние до грозы, а также почему подсчет секунд позволяет оценить расстояние.

Молния и гром

Прежде всего, хотя мы говорим о «расстоянии до грозы», описанный ниже метод используется для оценки расстояния до конкретного удара молнии, необязательно до грозы в целом.

Во время грозы воздушные потоки производят разность электрических зарядов, которые в итоге скапливаются между землей и облаком (и даже частями одного и того же облака).

Эта разность потенциалов может достигать, по некоторым оценкам, миллиарда вольт, и когда потенциал слишком высок, воздух становится ионизированным, и ток на короткое время устанавливается между землей и облаком, образуя проводящий переход, и происходит вспышка молнии.

Молния кратковременна. Проходящий ток нагревает воздух до температуры более 10 000 Кельвинов (в два раза выше температуры поверхности Солнца). Воздух сильно загорается и становится видимым: это молния.

Таким образом, молния, которая является световой, и гром, который является звуковым, производятся одновременно.

Для нас интересно то, что свет распространяется со скоростью 300 000 000 метров в секунду (1 миллиард км/ч), в то время как звук распространяется со скоростью «всего» 340 метров в секунду (1200 км/ч). Это означает, что свет распространяется в миллион раз быстрее, чем звук.

С точки зрения человеческого восприятия, молния видна сразу, на каком бы расстоянии она ни находилась, а грому требуется несколько секунд, чтобы стать слышимым, в зависимости от расстояния.

Эта разница используется для определения расстояния до места удара молнии.

Оценка расстояния до грозы

За каждую секунду звук проходит 340 метров. Считая количество секунд между молнией и громом, мы подсчитываем, сколько раз в 340 метрах она находится.

Чтобы получить расстояние в метрах, просто посчитайте количество секунд и умножьте его на 340:

расстояние в метрах = секунды × 340

Для простоты можно также считать, что 1 км

3 × 340 метров. Таким образом, каждый раз, когда вы отсчитываете 3 секунды, вы должны отсчитывать 1 км.

И наоборот, если вы разделите количество секунд на 3, вы сразу получите приблизительное расстояние в километрах.

Если считать от 1 до 3 секунд, это означает, что буря находится на расстоянии менее километра.

Заключение

Когда мы говорим, что живем в 1 часе езды от Москвы на машине, это означает, что мы находимся в X километрах от Москвы и едем со скоростью автомобиля (возможно, с учетом возможных пробок при подъезде к городу).

То же самое относится и к понятию светового года: «один световой год» соответствует расстоянию: расстоянию, проходимому светом, и, следовательно, примерно одному миллиарду километров в час. Один световой год соответствует примерно 9 400 миллиардам километров.
Таким образом, если свету требуется 1 год, чтобы достичь нас, это означает, что звезда находится на расстоянии 9 400 миллиардов километров.

Источник

35 часто задаваемых вопросов о грозе и молнии

Молния — одна из красивых загадок на Земле, но она очень опасна, так как обладает гигантской разрушительной силой. Еще в древние времена человек наблюдал, как молния расщепляла высокие деревья, зажигала леса и жилища, убивала крупный рогатый скот и овец на склонах гор и в долинах, не раз был свидетелем того, как от молнии гибли люди. Впечатление от ослепительно ярких молний усиливали ужасающие раскаты грома.

Перед этой гигантской грозной стихией человек чувствовал себя маленьким, слабым и совершенно беспомощным. Он считал молнию и гром проявлениями немилости богов, наказанием за злые дела.

Современной наукой доказано, что грозы — это сложные атмосферные явления, сопровождаемые электрическими разрядами-молниями, вызывающими гром. Мы сегодня сравнительно много знаем о грозах, молниях и громе, о защите от молнии. Все же есть еще и нераскрытое.

Цель этой статьи — правильное объяснение причин природных явлений, происходящих вокруг нас, информация о грозах и молниях, накопленная наукой к настоящему времени, которая постоянно пополняется и уточняется благодаря неустанным исследованиям, проводимым в глобальном масштабе.

Итак, 35 самых популярных вопросов про грозу и молнию.

1. Где находятся очаги гроз? — Они главным образом там, где часто чередуются горы и долины рек, а на равнинах — в местах, где испарение воды значительнее. На возникновение гроз влияет форма рельефа, способствующая образованию и сохранению разницы температур в соседних слоях воздуха.

2. Как часты грозы в Северном и Южном полушариях? — В большинстве районов средних широт Северного полушария наибольшее число гроз приходится на летние месяцы — июнь и июль, меньшее на зимние — декабрь и январь.

В Южном полушарии грозы чаще всего бывают в декабре и январе, реже — в июне и в июле. Из приведенных данных имеется достаточно много исключений. Например, в Великобритании и в районе Исландии зимние грозы довольно часты. Над океаном наибольшее число гроз всегда приходится на зиму.

В тропическом и субтропическом поясе земного шара грозы особенно сильны и чаще всего бывают в сезон дождей. В Индии — весной (апрель — май) и осенью (сентябрь). Наибольшее число грозовых дней на Земле в тропических и экваториальных странах. В направлении северных широт их количество постепенно уменьшается.

3. Какие районы являются мировыми очагами гроз? — Их шесть: Ява — 220 грозовых дней в году, Экваториальная Африка — 150, Южная Мексика — 142, Панама — 132, Центральная Бразилия —106, Мадагаскар — 95.

Статистические данные о молниях:

За каждую секунду над Землей сверкает до 100 молний, следовательно, за час — 360 000, за день — 8,64 млн., а год — 3 млрд.

4. В каком направлении движется большинство молний? — Из облаков к Земле, и они могут поразить горы, равнину или море.

5. Почему мы видим молнию? — Канал молнии, по которому проходит ток гигантской силы, очень нагревается и ярко светит. Это и дает возможность нам видеть молнию.

6. Может ли наблюдатель отличить лидера от главной стадии? — Нет, потому что они следуют непосредственно друг за другом, чрезвычайно быстро по одному и тому же пути.

Лидер — первый подготовительный этап возникновения молнии. Специалисты называют его ступенчатым головным разрядом. От грозового облака к Земле лидер движется быстрыми последовательными светящимися квантами, длина которых около 50 м. Промежутки времени между отдельными ступенями составляют примерно одну пятидесятимиллионную долю секунды.

7. Заканчивается ли молния после первого соединения двух противоположных зарядов? — Ток нарушается, но молния на этом обычно не заканчивается. Часто по пути, проложенному первым разрядом, идет новый лидер, за ним снова следует главная часть разряда. Этим заканчивается второй разряд. Таких разрядов, состоящих из двух стадий, может последовательно возникнуть до 50.

8. Сколько разрядов бывает чаще всего? — 2 — 3.

9. Чем вызвано мерцание молнии? — Отдельные разряды нарушают ход молнии. Наблюдатель воспринимает это как мерцание.

10. Каков промежуток между отдельными разрядами? — Очень короткий — не превышает сотой доли секунды. Если число молний большое, то свечение длится целую секунду, иногда и несколько секунд. Средняя продолжительность молнии — примерно четверть секунды. Лишь незначительный процент молний длится дольше одной секунды.

Американский ученый Макичрон приводит сведения о непродолжительности разрядов, восходящих от высокого здания к облаку. Половина наблюдавшихся молний длилась 0,3 секунды.

11. Ударит ли молния дважды в одно и то же место? — Да. В телевизионную башню в Останкино молнии ударяли в среднем до 30 раз в год.

12. Всегда ли молния ударяет в вершину объекта? — Нет. Например, в здание Empire State Building молния ударила на 15 м ниже его вершины.

13. Всегда ли молния выбирает самый высокий объект? — Нет, не всегда. Если бы рядом стояли две мачты, железная и деревянная, молния скорее ударила бы в железную, даже будь она ниже. Это объясняется тем, что железо лучше проводит электричество, чем дерево (даже влажное). Железная мачта к тому же лучше связана с Землей, и электрический заряд при образовании лидера легче к ней притягивается.

14. Ударит ли молния в наивысшую точку песчаного холма или в нижерасположенный глинистый участок? — Молния всегда выбирает путь наименьшего сопротивления и поэтому ударяет не в наивысшую точку местности, а в то место, где ближе всего глина, так как у нее электропроводность выше, чем у песка. В холмистой местности, где протекала река, молния ударила в реку, а не в близлежащие холмы.

16. Может ли быть гром без молнии? — Нет. Как известно, гром — это звук, рождаемый молнией, вследствие расширения газов, причиной которого является она сама.

17. Сверкает ли молния без грома? — Нет. Хотя на большом расстоянии грома иногда не слышно, но он всегда сопровождает молнию.

18. Как определить расстояние, отделяющее нас от молнии? — Сперва мы видим молнию и только через некоторое время слышим гром. Если, например, между молнией и громом проходит 5 секунд, то за это время звук прошел расстояние 5 х 300 = 1650 м. Это значит, что молния ударила чуть дальше 1,5 км от наблюдателя.

В хорошую погоду можно слышать гром спустя 50 — 60 секунд после вспышки молнии, что соответствует расстоянию 15 — 20 км. Это намного меньше расстояния, на котором слышны звуки искусственных взрывов, потому что в этом случае энергия сосредоточена в сравнительно небольшом объеме, тогда как при грозовом разряде она распределяется по всему его пути.

19. Ударяет ли вообще молния в автомобиль? — Изоляционное сопротивление сухих автопокрышек столь велико, что прямой путь молнии к земле через автомобиль маловероятен. Но во время грозы в большинстве случаев идет дождь, автопокрышки увлажняются. Это увеличивает вероятность удара даже в том случае, если автомобиль не самый высокий объект в данной местности.

21. Что надо делать во время сильной грозы? — Во время сильной грозы надо постараться найти подходящее место для стоянки или съехать с трассы на лесную или проселочную дорогу и переждать грозу там.

23. Какое место занимает молния среди причин авиационных катастроф? — Если составить список причин авиакатастроф, вызванных такими погодными факторами, как мороз, снег, оледенение, ливни, туманы, бури и смерчи, то молния заняла бы в нем одно из последних мест.

24. Какие приборы в самолете больше подвержены действию молнии? — Примерно треть ударов молнии повреждает электроприборы. Были случаи, когда после удара молнии не работали различные бортовые приборы — индикаторы количества топлива, давления масла и другие, потому что вышли из строя их магниты. Не рекомендуется пополнять запасы топлива во время грозы, так как существует опасность удара молнии.

26. Moжет ли произойти несчастный случай внутри здания? — Да, если человек находится недалеко от металлического предмета и вблизи вывода молниеотвода.

27. Где меньше опасность поражения молнией — в городе или селе? — В городе люди находятся в меньшей опасности, так как стальные конструкции и высокие здания действуют в определенной мере как молниеотводы. Поэтому молния чаще всего поражает людей, работающих в поле, туристов и строителей.

28. Защищен ли от молнии человек, укрывшийся под деревом? — Примерно треть всех жертв молнии укрывалась под деревьями.

29. Есть ли случаи, когда человек пережил несколько ударов молнии? — Ходячим призраком считает себя разменявший седьмой десяток лет американский лесник Рой С. Салливан, которого молния поражала четыре раза, причем он не получил никаких серьезных травм, не считая сгоревших волос. Сам он так описывает пережитое: «Меня будто гигантским кулаком свалило на землю, причем сотрясло все тело. Я ослеп, оглох, и мне казалось, что я рассыплюсь на части. Потребовалось несколько недель, прежде чем исчезли эти ощущения».

31. Какой должна быть первая помощь при ударах молнии? — Такой же, что и при других поражениях электрическим током и ожогах: главным образом, искусственное дыхание. Сделанное своевременно и достаточно продолжительно, оно спасет многие жизни. Если жизнь пораженного молнией удается спасти оказанием надлежащей первой помощи, то признаки паралича обычно исчезают без вредных последствий медленно, в течение нескольких часов или дней.

32. Какую энергию таит в себе средняя линейная молния? — На основании данных о напряжении, силе тока и мощности зарядов, считается, что средняя млния содержит энергию порядка 250 кВч (900 МДж). Английский специалист Уилсон приводит другие данные — 2800 кВч (10 4 МДж = 10 ГДж).

33. Во что превращается энергия молнии? — Наибольшая часть — в свет, тепло и звук на всем ее пути.

34. Какова энергия молнии на единицу земной поверхности? — На 1 кв. км земной поверхности энергия молнии сравнительно мала. Другие виды энергии в атмосфере, например, солнечное излучение сила ветра, значительно превышают ее.

35. Может ли молния быть полезной? — Электрические разряды во время грозы превращают часть атмосферного кислорода в новое газообразное вещество — озон, с резким запахом, обладающее отличными дезинфицирующими свойствами. Он в своем составе имеет три атома кислорода, выделяет свободный кислород, поэтому после грозы воздух очищается.

Под воздействием высокой температуры молнии кислород соединяется с атмосферным азотом, образуя азотистые соединения, легкорастворимые в воде. Образовавшаяся азотная кислота вместе с дождем попадает в почву, где становится азотным удобрением.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Источник

LiveInternetLiveInternet

—Рубрики

—Музыка

—Поиск по дневнику

—Интересы

—Друзья

—Постоянные читатели

—Статистика

Громкость раскатов грома может достигать 120 децибел.

Измеряя интервал времени между вспышкой молнии и ударом грома можно приблизительно определить расстояние, на котором находится гроза. Так как скорость света очень велика по сравнению со скоростью звука, то ею можно пренебречь, учитывая лишь скорость звука, которая составляет примерно 330 метров в секунду. (Но скорость звука очень изменчива, зависит от температуры воздуха, чем она ниже, тем меньше скорость.) Таким образом, умножив время между вспышкой молнии и ударом грома в секундах на эту величину, можно судить о близости грозы, а сопоставляя подобные измерения, можно судить о том, приближается гроза к наблюдателю (интервал между молнией и громом сокращается) или удаляется (интервал увеличивается). 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 не менее 20 километров.

Сопоставим две скорости:
скорость света = 300 000 000 м / с
скорость звука (на уровне моря при нуле градусов Цельсия) 331 м / с
разница скоростей — примерно в миллион раз (на шесть порядков).

Молния — это электрический разряд. Если от тебя к этому разряду, скажем, 1 км, то свет (молния) от нее долетит за 3 микросекунды, то есть практически мгновенно, а звук (гром) будет лететь 3 секунды, что вполне измеряемые даже бытовыми средствами. Поэтому берешь секундомер, стартуешь его во время вспышки молнии и останавливаешь, когда слышишь звук грома. Умножаем измеренное время на скорость звука — получаешь примерное расстояние от тебя до электрического разряда.

Об опасности молнии говорить дополнительно не нужно, а вот об опасности грома часто спрашивают, вот и ответ.
Остерегаться грома нет ни малейших оснований. К тому времени, когда его звук достигает человека, электрический разряд молнии, которая собственно и вызвала гром, уже давно погаснет. То, что разрыв во времени между ними может достигать нескольких десятков секунд, объясняется значительно большей скоростью распространения света по сравнению со скоростью звука. Во время разряда молнии в воздухе мгновенно возникают области сжатия (повышенного давления) и расширения (пониженного). Они с силой «сталкиваются», производя грохот, который называется громом.

Источник