雷鳴は、稲妻の形成に続く空気の急速な膨張によって生じる衝撃波です。衝撃波が伝播するにつれて、衝撃波は減衰、反射、重なり合い、雷が鋭い拍手から低い轟音に変わります.
稲妻と雷鳴は、何世紀にもわたって人間を魅了し、魅了してきました。古代ギリシャ人は、雷はギリシャの稲妻の神ゼウスの武器であると信じていました。スカンジナビアの神話によると、トールは雷の神であると考えられていました。ヒンズー教の神話では、インドラは天と雷の神と考えられています。明らかに、古代から雷は神聖で魔法のようなものと見なされてきました.
今日、科学の進歩により、雷とその独特の音の層の原因が正確に解明されました。
それでは、恐ろしくも魅力的な雷鳴の背後にある科学を探ってみましょう!
雷の原因は?
簡単に言えば、雷は稲妻が発する音です。
すべては、水滴と氷の結晶でできた雲から始まります。雷雨の間、これらの氷の結晶は動き回り、互いに衝突します。その過程で、それらは互いに電子を移動し、正と負に帯電した粒子が形成されます。
嵐と風によって、軽い陽イオンが上に移動し、重い陰イオンが沈みます。したがって、雲の電荷は分離されます。これらの電荷が蓄積されると、雲は何らかの方法で放電して中和する機会を待ちます.
その後、雲がプラスに帯電した地面の上を舞い上がると、雲のマイナス電荷と地面のプラス電荷が接続しようとします。それが起こると、電子の突然のドリフトが小さな空気チャネルと BOOM を通じて発生します—私たちは稲妻の閃光を目撃します!
稲妻 (写真提供:bubblea/Shutterstock)
雷は、雲の中、2 つの雲の間、または雲と地面の間で発生する可能性があります。落雷は、熱と光の形で膨大な量のエネルギーを生み出します。この熱が雷の衝撃的な音の原因です。
雷の構造
雷によって放出された莫大な熱は、周囲の空気を過熱します。その結果、空気分子が激しく振動して急激に膨張し、空気中に衝撃波が発生します。この空気の急激な動きは、雷のパチパチという音として私たちの耳に知覚されます。
しかし、それだけではありません... 雷を聞いたことがあるなら、雷を始まりと終わりのある明確な音として定義できないことをご存知でしょう。雷の共鳴音は異なる周波数の混合物であり、予測不可能でありながら識別可能な自然の旋律となっています。
と呼ばれる大きな音で始まります。 雷鳴に続いて、雷鳴ブームと呼ばれる減衰したパチパチという音がします。これらは最終的に、低いうなり音または弱いロール音として消えます。
雷鳴とは?
前述したように、雷は膨大な量の熱を発生させます。実際、落雷は周囲の空気を 20,000 ～ 32,000 ℃ の温度にまで加熱することがあります。これは、太陽の表面の約 5 倍の温度です。ご存知のように、空気は温度が上がると膨張します。
ただし、空気が一瞬のうちにほぼ 30000 度まで加熱されると、膨張は爆発に似ています。実際、それは爆発的膨張と呼ばれています 大気中にソニックブームに似た衝撃波を発生させます。
同様に、稲妻が止むと、熱気は急速に冷やされます。これにより、膨張した空気が突然圧縮され、内破が発生します。 .空気の急激な膨張と圧縮によって生じるこれらの衝撃波は、雷鳴と呼ばれる耳をつんざくような衝撃音として聞こえます。
落雷は周囲の空気を過熱します (写真提供:sondem/Shutterstock)
平均して、雷鳴は雷の発生源から 16 km 離れたところまで聞こえます。稲妻に近づくほど、雷鳴が聞こえる可能性が高くなります (また、稲妻に打たれる可能性も高くなります!)
ただし、距離が長くなるにつれて拍手はこもりやすくなるため、鋭いクラックではなく、反響するブームが聞こえる場合があります。この音はサンダー ブームと呼ばれます .
雷が鳴り響くのはなぜですか?
雷という言葉を聞いたとき、最初に頭に浮かぶのは、空に響く心地よい音です。
雷鳴が大気中を伝播すると、距離や環境に応じて、吸収、反射、重なり、弱められたり、こもったりすることがあります。これらすべての要因により、雷鳴が低いランブルに変わります。
雷が雷の音に与える影響
雷のジグザグ形状は、ランブルの背後にある理由の 1 つです。稲妻のさまざまな部分からの音がさまざまなタイミングで耳に届くため、鋭いひび割れではなく、より連続した音が聞こえます。
さらに、落雷は複数の雷鳴で構成されています。ある研究では、平均して、稲妻の閃光は 1 ～ 3 秒以内に発生する 3 ～ 7 回の拍手で構成されていることがわかりました。このような場合、複数の拍手からの音が重なり合い、爆発的なクラックやランブルが発生する可能性があります。
音波の重なり (写真提供:OpenStax/Wikimedia commons)
これらの要因に加えて、雷の音は、雷の力と強さ、および雷が流れる空気の経路にも依存します。
雷の減衰
減衰は、低音のランブルをもたらすもう 1 つの要因です。雷鳴は、高い周波数から低い周波数までの混合物で構成されています。ただし、空気による吸収や伝播距離などの要因により、これらの波は弱まります。
高周波数は、この減衰によって最も影響を受けます。それらが伝播するにつれて、より高い周波数が伸びて消散します。逆に、低周波は比較的影響を受けません。周波数が 100Hz 未満では、減衰はほとんど重要ではありません。このように、音が長距離を移動するとき、私たちの耳に届くのは低域の周波数だけです。そのため、ゴロゴロという音のピッチが非常に低くなります。
高周波は減衰により消散します
温度、風の強さ、乱気流、局所的な地形、分子相互作用など、いくつかの要因も雷の音に影響を与えます。たとえば、地形に多くの樹木や山がある場合、音が跳ね返って反響し、より共鳴するランブルにつながります。これが、雷が非常に予測できない理由です。環境の状態に大きく依存します。
雷鳴さえも次第に弱くなり、遠くでかすかに転がる音だけが聞こえるようになります。これはサンダーロールと呼ばれます .減衰の影響により、発生源から 25km の距離を超えると、雷の音がほとんど聞こえなくなります。
このように、雷は雄大な音として始まり、かすかなシャッフルのつぶやきとして消えます.
雷を使用して雷の距離を測定できますか?
光は音よりも速く伝わることは誰もが知っています。稲妻を見た直後に雷鳴が聞こえるのはこのためです。光は毎秒約 299,792,458 メートルで移動します。これは、雷が発生すると (ほぼ) 瞬時に見えることを意味します。ただし、音は 1 km をカバーするのに 3 秒かかるため、雷が聞こえるのははるかに遅くなります。これが稲妻の距離を計算するのにどのように役立つか見てみましょう.
稲妻が見えた瞬間から、雷鳴が聞こえるまで秒数を数え始めます。音は 1 km 進むのに 3 秒かかるので、合計時間を 3 で割ると音の移動距離が得られます。
, 
, 
など
たとえば、稲妻が見えてから 6 秒後に雷鳴が聞こえたとします。音の移動距離の合計は 6/3 =2 です。これは、雷があなたから 2 km 離れた場所で発生したことを意味します。それはまた、あなたが避難して安全を保つ時が来たことを意味します.ことわざにあるように、「雷鳴がとどろいたら、室内に入れ！」
結論
これまで、1 回の落雷によって生じる雷のパターンについて説明してきましたが、大規模な雷雨が発生した場合、これらの現象ははるかに大きな規模で発生します。
雷雨の間に複数の落雷が発生します (クレジット:Vasin Lee/Shutterstock)
雷雨の間、多数の雲が放出され、多数の稲妻が生成され、多数の雷の爆発が発生します。これらすべての波が相互に作用し、耳で楽しむための拍手、クラック、ブーム、ロールの魅力的なシンフォニーを作成します!
