Гром — это звук, вызываемый молнией . [1] [2] [3] В зависимости от расстояния и характера молнии он может варьироваться от долгого, низкого гула до внезапного, громкого треска. Внезапное повышение температуры и, следовательно, давления, вызванное молнией, вызывает быстрое расширение воздуха на пути молнии . [ 4] В свою очередь, это расширение воздуха создает звуковую ударную волну , часто называемую «громовым ударом» или «раскатом грома». Научное изучение грома известно как бронтология , а иррациональный страх ( фобия ) грома называется бронтофобией .
D в современном английском thunder (от более раннего древнеанглийского þunor ) является вставным и теперь встречается также в современном голландском donder (ср. средненидерландский donre ; также древнескандинавское þorr , древнефризское þuner , древневерхненемецкое donar , все в конечном итоге произошли от протогерманского * þunraz ). В латыни термин был tonare «громить». Имя скандинавского бога Тора происходит от древнескандинавского слова , обозначающего гром. [5]
Общий протоиндоевропейский корень — *tón-r̥ или * tar- , также встречающийся в галльском Taranis . [6]
Причина грома была предметом столетий спекуляций и научных исследований . [7] Ранние считали, что он был создан божествами, но древнегреческие философы приписывали его естественным причинам, таким как ветер, ударяющий в облака ( Анаксимандр , Аристотель ) и движение воздуха внутри облаков ( Демокрит ). [8] Римский философ Лукреций считал, что это был звук града , сталкивающегося с облаками. [8] К середине 19 века общепринятой теорией было то, что молния создает вакуум и что разрушение этого вакуума создает то, что известно как гром. [7]
Ученые еще с 20-го века согласились, что гром должен начинаться с ударной волны в воздухе из-за внезапного теплового расширения плазмы в канале молнии. [9] [8] Температура внутри канала молнии, измеренная с помощью спектрального анализа , меняется в течение 50 мкс его существования, резко повышаясь от начальной температуры около 20 000 К до около 30 000 К, а затем постепенно падая до около 10 000 К. Среднее значение составляет около 20 400 К (20 100 °C; 36 300 °F). [10] Этот нагрев вызывает быстрое внешнее расширение, воздействуя на окружающий более холодный воздух со скоростью, превышающей скорость распространения звука. Результирующий движущийся наружу импульс представляет собой ударную волну, [11] похожую по принципу на ударную волну, образованную взрывом или в передней части сверхзвукового самолета . Вблизи источника уровень звукового давления грома обычно составляет от 165 до 180 дБ , но в некоторых случаях может превышать 200 дБ. [12]
Экспериментальные исследования смоделированной молнии дали результаты, в значительной степени согласующиеся с этой моделью, хотя продолжаются споры о точных физических механизмах процесса. [13] [9] Также были предложены другие причины, основанные на электродинамических эффектах огромного тока, действующего на плазму в разряде молнии. [14]
Ударная волна при громе достаточна, чтобы нанести ущерб имуществу [7] и нанести травмы, такие как внутренние ушибы , людям, находящимся поблизости. [15] Гром может разорвать барабанные перепонки у людей, находящихся поблизости, что приведет к постоянному ухудшению слуха . [7] Даже если этого не произойдет, это может привести к временной глухоте. [7]
Ваврек и др. (nd) сообщили, что звуки грома делятся на категории в зависимости от громкости , продолжительности и высоты тона . [7] Хлопки — это громкие звуки, длящиеся от 0,2 до 2 секунд и содержащие более высокие тона. Раскаты — это звуки, изменяющиеся по громкости и высоте тона. Раскаты — это нерегулярные смеси громкости и высоты тона. Грохот менее громкий, длится дольше (до 30 секунд) и имеет низкую высоту тона. [16]
Инверсионный гром возникает, когда молния ударяет между облаком и землей во время температурной инверсии . Результирующие звуки грома имеют значительно большую акустическую энергию, чем те, которые производятся на том же расстоянии в условиях без инверсии. При температурной инверсии воздух у земли холоднее, чем воздух выше. Инверсии часто случаются, когда теплый влажный воздух проходит над холодным фронтом. В условиях температурной инверсии звуковая энергия не может рассеиваться вертикально, как это было бы в условиях без инверсии, и, таким образом, концентрируется в приземном слое. [17]
Молния облако-земля (CG) обычно состоит из двух или более обратных ударов, от земли к облаку. Более поздние обратные удары имеют большую акустическую энергию, чем первые. [18]
Наиболее заметным аспектом молнии и грома является то, что молния видна до того, как слышится гром. Это следствие того, что скорость света намного больше скорости звука . Скорость звука в сухом воздухе составляет приблизительно 343 м/с (1130 футов/с) или 1236 км/ч (768 миль/ч) при 20 °C (68 °F; 293 K). [19]
Это соответствует приблизительно 3 с/км (4,8 с/миля); фраза «тысяча один... тысяча два...» — полезный метод подсчета секунд от восприятия вспышки молнии до восприятия ее грома (который можно использовать для оценки близости молнии в целях безопасности). Чтобы оценить расстояние от удара молнии, разделите подсчитанные секунды на пять для миль [20] или на три для километров.
Очень яркая вспышка молнии и почти одновременный резкий «раскат» грома, раскат грома , указывают на то, что удар молнии был очень близок.
Близкую молнию сначала описывают как щелчок или звук разрыва ткани, затем звук пушечного выстрела или громкий треск/щелчок, за которым следует непрерывный грохот. [7] Ранние звуки исходят от ведущих частей молнии, затем от близких частей обратного удара, затем от дальних частей обратного удара. [7]
