为什么我们先看到闪电,后听到雷声?
闪电在雷暴中划过天空。雷声稍后才会到来。
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科学摘要
Astronoo的这篇文章解释了为什么我们先看到闪电,后听到雷声。闪电同时产生光和声音,但它们的传播速度不同。光的速度约为每秒30万公里:它几乎瞬间到达我们的眼睛。声音在空气中的传播速度约为每秒340米,比光慢近一百万倍。雷暴越远,雷声的延迟就越大:每公里约3秒。通过数闪电和雷声之间的秒数,可以估算雷暴的距离。
为什么我们先看到闪电,后听到雷声?
因为光的传播速度比声音快得多得多。闪电和雷声在同一瞬间、同一地点产生,但光几乎立即到达你的眼睛,而声音需要几秒钟才能穿过空气。这是一场两名赛跑者之间的比赛,光总是以巨大的优势获胜。
一道闪电,两个信使
光:宇宙中跑得最快的赛跑者
当闪电迸发时,它会向各个方向发送光。这些光以每秒约30万公里的速度传播。这快到在一秒钟内,它几乎可以绕地球7.5圈!
对于几公里外的雷暴,光大约需要十万分之一秒到达。你的大脑甚至来不及察觉:对你来说,闪电是在它发生的精确瞬间被看到的。
声音:一个慢得多的旅行者
雷声是一种声音。声音不像光那样传播。它需要空气才能前进:空气中的微小粒子互相推挤,有点像人们排成一列传递消息。
在空气中,声音以每秒约340米的速度前进。这已经很快了(超过每小时1,200公里,比高铁快得多!),但它比光慢近一百万倍。
注:
声速略微取决于空气的温度:天气热时稍快,天气冷时稍慢。在20°C时,声速约为每秒343米。
雷声是如何产生的?
天空中的火之路
闪电是巨大的电火花。在雷暴云中,小冰晶和液滴相互摩擦和碰撞,云层带上了电。当电荷变得太强时,电试图逃脱:它在空气中开辟一条道路,通向另一朵云或地面。
在它的路径上,空气被加热到约3万°C,几乎是太阳表面温度的5倍!
空气的爆炸
当空气被如此迅速、如此强烈地加热时,它会一下子膨胀,就像一个气球爆裂。这种突然的膨胀推动周围的空气,产生冲击波,随后变成声波:这就是雷声。
为什么雷声是"隆隆"作响,而不是单一的"砰"?
闪电可以长达数公里。路径的每一部分都发出自己的声音,但这些部分与你的距离并不相同。最近部分的声音先到达,然后是较远部分的声音。声音还会在山丘、建筑物和云层上回响(这就是回声)。结果:你听到的不是单一的"砰",而是一阵长长的隆隆声。
比赛:光对声音
假设闪电击中离你3公里的地面。以下是发生的事情。
| 赛跑者 | 速度 | 跑完3公里的时间 | 你感知到的 |
|---|---|---|---|
| 光 | 约30万 km/s | 约0.00001秒 | 闪电,立即 |
| 声音 | 约340 m/s | 约9秒 | 雷声,9秒后 |
在闪电和雷声之间,你有时间数到九。如果雷暴更远,你会数得更久!
轮到你了:计算雷暴的距离
秒数法
声音大约3秒走1公里。所以你可以用这个配方来猜测雷暴的距离:
- 当你看到闪电时,开始数秒:"一、二、三……"(或者说"一只鳄鱼、两只鳄鱼……"以保持正确的速度)。
- 当你听到雷声时停止数数。
- 把秒数除以3:你得到以公里为单位的距离。
| 数的秒数 | 大约距离 |
|---|---|
| 3秒 | 约1 km |
| 6秒 | 约2 km |
| 9秒 | 约3 km |
| 15秒 | 约5 km |
| 30秒 | 约10 km |
如果雷暴正在靠近呢?
如果闪电和雷声之间的时间越来越短,说明雷暴正在靠近。如果越来越长,说明它在远离。
注:
当雷声在闪电后不到30秒到达时,雷暴距离不到10公里:是时候躲进房子或车里了,千万不要躲在孤立的树下。然后在最后一声雷响后等待约30分钟再出去。这就是"30-30法则"。
为什么有时我们能看到闪电却听不到声音?
声音在传播过程中会减弱,空气、地形和不同温度的空气层会使它偏转。一般来说,当雷暴距离超过15到20公里时,就听不到雷声了。但闪电的光可以从更远的地方看到,尤其是在夜间。这有时被称为"热闪电":远处的雷暴,你能看到它的光,却听不到声音。
日常生活中的同一场比赛
光和声音之间的这种差异随处可见:
- 烟花:你先看到彩色的爆炸,然后听到"砰"。
- 远处的伐木工:你看到斧头砍在树上,然后"笃"的声音随后到达。
- 足球场:从远处的看台上,你先看到球员踢球,然后才听到踢球的声音。
- 太阳:它的光需要约8分20秒才能到达我们这里。你看到的太阳是8分多钟前的样子!
参考文献
常见问题:关于闪电和雷声的一切
为什么我们先看到闪电,后听到雷声?
因为光以每秒约30万公里的速度传播,而声音在空气中每秒只传播约340米。闪电和雷声同时产生,但光几乎瞬间到达,而声音每走1公里需要约3秒。
如何知道雷暴有多远?
数闪电和雷声之间的秒数,然后把这个数除以3。结果就是雷暴的大致距离(公里)。例如,12秒相当于约4公里。
雷声是什么?
雷声是闪电产生的声音。电流通过时,在几分之一秒内把空气加热到约3万°C。空气突然膨胀,产生冲击波,然后变成我们听到的隆隆声的声波。
为什么雷声会隆隆作响很久?
闪电非常长,它的不同部分与我们的距离不同。近处部分的声音先到,然后是远处部分的声音。地形和云层的回声进一步延长了声音。
在任何距离都能听到雷声吗?
不能。一般来说,当雷暴距离超过15到20公里时,就听不到雷声了,因为声音会减弱并在穿过大气时偏转。而闪电的光可以从更远的地方看到。
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