為什麼打雷時閃電只有一秒不到,而雷聲會持續數秒?
之前有人回答雷聲持續數秒是打雷在天空中迴音,我並不是很贊同這樣一種解釋,雲朵這種低密度的類似空氣的存在並不足以造成長達數秒的打雷迴音。這一點我們可以參考地面爆破的聲音,即便有很多建築造成來回的聲音反射,一般的爆炸聲也不會有打雷的轟鳴聲那麼長。
其實打雷時閃電只有一秒不到,而雷聲會持續數秒的根本原因在於閃電並非始於一個點,而是發生於很大的一片範圍內——比如撕裂天空的閃電,它的實際空間跨度很可能是幾萬米甚至更大。閃電當中每一處光源也都可被視為一處聲音源(這是問題的關鍵,光源不會傳播,雖然看起來像是閃電撕裂天空,但不存在這樣一個傳播的發光閃電球之類的東西,之所以會亮是因為有能量釋放,同時會產生聲音),考慮到光速太快,這種空間跨度並不影響人看到閃電的瞬時性;但是音速相對很慢,聲源距離觀察者距離每增加340米,觀察者所聽到的雷鳴聲就會長處一秒來。
舉個例子,大家估摸一下下圖這種閃電的範圍有多少個340米(當然人聽到雷聲的時間長度決定於人與最近聲源以及人與最遠聲源之間的距離差,它並不等於閃電在天空划過的距離,這一點要注意),如此一來雷鳴聲持續數秒便一點也不奇怪了。
謝腰。自製渣圖……
主要原因還是聲速和光速的差異。
閃電發生時,雷擊位置由於熱效應壓縮空氣產生超聲速的衝擊波向四面八方擴散,隨後衰減成聲波。方向依然是四面八方。
假設A點發生閃電,你在B點,假如A到B的距離是1km,簡化聲速為333m/s,那麼中間直線傳播的時間就是3s。也就是說,在閃電發生後3s,你會聽到第一聲雷聲。
而另一個方向,聲波的某一個分量從最下面的路徑傳到了你的耳朵里。假設這個傳播距離是2km,那麼到你耳朵里的時間就是6s
上面那個方向,假設是1.5km,那麼傳到耳朵的時間就是4.5s
以上取了聲波方向的3個分量(有點類似數學微積分的性質),而聲波的方向是連續性的,因為各個方向都有,所以就會有各個方向各個距離的雷聲。距離不同速度相同,所以就會延續很長很長。
況且,如果雷擊點距離你足夠遠,聲波就會繼續衰減,波長會拉的很長很長,聲音也會變得更悶,時間也會更長一些。
而光速的速度約等於3x10^8m/s,無論從哪個方向上,傳播時間都可以忽略不計。而且,閃電的流光一般只持續0.2s~0.3s,因此我們看到的光只是一瞬間的。(謝 @卞遠 提醒)
參考文獻:《雷電學原理》老娘看你們客氣來客氣去,忍不住來一發:
其實本質是能量衰減的速率問題
光在很短的時間內被N次傳播,很快就擴散、吸收而衰減了,你就看不見了。
而聲音這貨buang buang的彈來彈去,傳的慢、衰減的也就慢得多,一會兒在河東一會兒在河西的。
核爆炸的次聲波可以繞地球幾個星期還不消失,而核爆炸的光線和快就反彈、發散、被吸收。
假如光也是個慢性子,那你會經歷一個閃電就要半夜12點被領導叫起來加班的體驗。
「hey 天亮了,上班上班。」
趕上個雷暴天氣簡直是極晝即視感。其實吧。。總是感覺沒答到點子上。我的觀點和@我是我你是你是相近的。雖然我寫這個回答的時候他的答案只有3個贊。。。。
基本的思路如下:
雷聲來源於閃電,當閃電發生的時候,雷雨雲中釋放的一部分能量用於產生電磁波(光波),另一部分用於發熱,被加熱的空氣迅速膨脹從而產生機械波(聲波)。
所以~所以~先要了解閃電的放電過程就可以知道聲波的產生了。
一、閃電的放電機制(以地閃為例子,雲閃類似)
閃電是從雲中依次傳下的,就像是一支箭後面帶著一根線,從雲中發射出來,劈開前方的空氣(擊穿)。這被稱為梯級先導。
梯級先導的過程如下,其實這是表明了每一個時刻的閃電的模樣。
OK~講到這裡就可以了~點到為止
上面講過了,閃電是會擊穿空氣的,它從雲中走了多長的距離就會擊穿多長的空氣,而他每向前「一步」,就會產生一次聲波。
重點來了!!!!
重點來了!!!!
重點來了!!!!
仔細看!變魔術了!!!
出題:
自然界中積雨云云低高度約為2000米,聲速約為370m/s(本題假設400m/s),光速為300000000m/s。假設閃電就劈在你的身旁,但是你金剛護體沒事(Orz...),那麼請問,從雲頂的聲波要幾秒才能傳播到你的耳朵?光波呢?
答:因為閃電就劈在我的身旁,所以:
聲波 (秒)
光波 (秒)
題目是什麼意思的呢,2000米的路程中從上到下一系列的光波幾乎在0秒就走完了,咱么人類的CUP太渣了。。會把這幾乎等於零秒的光波當成一道光。
聲波呢?閃電每向前一步,就會產生聲波,而從下面開始一直到雲頂這一系列所有的聲波傳完需要5秒,意思就是你可以聽見5秒的悠揚雷聲~
注意:不要跟「先看見閃電後聽見雷聲」搞混了,因為假設是雷電就劈在你的身旁。
當然,實際上雷電離你很遠,上面的只是簡化模型。而且《大氣聲學》告訴我們,大氣中的聲波傳播是會散射和反射,也會互相加強和抵消,所以你聽見的雷聲不是轟轟轟轟轟轟轟轟轟轟轟轟轟轟轟轟轟轟轟轟轟轟轟轟轟轟轟轟轟轟轟轟轟轟轟轟轟轟轟轟轟轟轟轟轟。而是轟隆轟隆轟隆轟隆轟隆轟隆轟隆轟隆轟隆轟隆轟隆轟隆轟隆轟隆轟隆轟隆轟隆轟隆轟隆轟隆。
PS:雷擊產生的聲場也是大氣聲學家和雷電學喜歡的範圍。
可以通過大氣聲場(一般是通過聲雷達觀測的)和頻譜,可以反推出閃電的能量。
看完其它答案一句話概括,這是肥音你懂嗎?
「這得從閃電的發生過程說起。在一次正常的閃電前,雲里的電荷分布是這樣的:雲的上部以正電荷為主,中、下部以負電荷為主,底部有少量的正電荷。當正、負電荷的量達到一定的水平時,就會引起放電,這就是我們平常所見的閃電現象。閃電可以發生在同一塊雲的不同部位之間,也可以發生在雲與雲之間、雲和地之間。發生在雲和地之間的閃電稱為雲—地閃電。由於雲—地閃電與我們人類的活動和生命安全密切相關,所以對它開展的研究也最多。通過高速攝影儀器我們得知,一個完整的雲—地閃電其實是由多次連續不斷的放電過程組成,這些放電過程沿著同一條通道,如同海浪一樣一波接一波,每兩波的時間間隔僅有百分之幾秒。每次放電一般包括先導和回擊兩個過程:先導主要是為閃電放電建立電離通道,相當於「鋪路」;當先導很接近地面時,就像接通了一根導線,強大的電流以極快的速度由地面流至雲層,這一個過程稱為回擊,約需70微秒的時間。如果雲層還有足夠的電量,就開始第二次的先導-回擊放電過程。一次完整的雲-地閃電過程持續時間約為0.2秒。
由於閃電是一种放電現象,所以它遵循一定的物理定律,它本身的速度受到空氣電導率等很多因素的影響。有關學者通過對多個閃電精細的科學觀測,發現閃電在不同的行進階段速度有所不同,如閃電的先導過程的平均速度為1.5×105米/秒,約為光速的1/2000,而回擊過程的速度遠大於先導速度,為光速的1/10~1/3。美國能源部給出的閃電平均速度為1.45×108米/秒,大致為光速的一半。佛羅里達大學的學者通過研究,得出閃電的速度為1.0×105
~1.4×106米/秒, 平均速度為4.4×105米/秒。雖然這些數據不一定十分準確,但是可以確定的是:閃電的速度遠低於光速,同時又遠高於雷聲的速度。」
--所以題主的問題來了 ,打雷既然是先導-回擊放電的過程,那麼這個過程閃電的距離可以是相當長的,而且可以像樹枝上的樹杈一樣有很多分支,所以光可以瞬間全部傳到你的面前,而聲音要從這麼長的距離傳到你耳朵需要時間也是不同的,所以閃電可以是同一瞬發生的,而雷聲則會先後傳到你面前,但是這個先後傳到你面前的雷聲確實是同時發生的。
謝邀。
考慮到聲波的傳播速度與頻率無關,主要還是地面障礙物對雷聲的反射疊加的效果。
因為…電母拿電打雷公,只打了一下XIU!然後雷公就啊啊啊啊(轟隆隆)叫很久…
和一見鍾情的道理相似,只見一秒,腦子裡就會嗡嗡響半天。
要是雷打在你的頭上保證就一聲
聯想一下往水裡扔一塊石頭。
我補充一下,一次閃電過程並不意味著閃電通道只被雷電流通過一次,一次閃電過程首先有連接先導,然後是首次回擊,以及後續回擊,加起來也不到1s。由於上面崔同學提到的速度差異,所以人眼只看到一次閃電通道,而雷聲會有多次。
向水裡丟一塊石頭。波紋好幾圈擴散,石頭卻淹沒了。
光和聲音都是波的傳播,只是感官不同罷了。都可以用方程式表達。不同的是聲波的振動被我們耳朵察覺,而光被人眼觀察。從振源來說,規模大小相似,頻率差別很大,傳播速度差異很大,光的消逝就不用解釋了。聲波的傳波是空氣的振動造成,而只要振動就不可能瞬間消散,也就是說,傳播路徑上每點的介質如果一定要用位移和時間表示,那麼是正餘弦函數疊加的表達式。激振點附近能量大,振幅大,以聲波形式向空間傳播,不算波的反射等疊加的話,我們聽到的是耳邊附近的聲音振動。而每點的振動都是時間的函數,所以,自然界聽不到一下子就消失的聲音。。。事實上聽到的聲音挺複雜的。因為有空氣和大地的介質,波還有面波,縱,橫波等。不是動力學專業的,沒法列方程。。。希望說的明白。。。
一次閃電其實有好多次擊穿過程,眼睛區分不出罷了
其實這跟光的衍射是一個道理,根據huygens principle 聲波上的每個點都可看成聲源,這些聲源互相產生共鳴或者抵消就是我們聽到的所謂滾滾雷聲。
學習了,每一個光源就是一個點,那麼一條長閃電就有無數個這樣的點。每個點又是一個聲源。那麼我們從遠處聽到的雷聲應該是一個光源×聲速的一個積分,積分區間為0到聲音道觀察者耳朵的時間。
那是迴音~是迴音~迴音~音~恩~~~~~~
光速跟音速的問題,初中已經知道了吧???
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