¿Por qué el trueno suena como lo hace? » ABC de la ciencia

Los truenos son ondas de choque creadas por la rápida expansión del aire que sigue a la formación de un rayo. A medida que se propaga, las ondas de choque se atenúan, se reflejan y se superponen, lo que da como resultado la transformación del trueno de un fuerte aplauso a un estruendo bajo.

Los relámpagos y el sonido retumbante de los truenos han intrigado y atraído a los humanos durante siglos. Los antiguos griegos creían que el trueno era el arma de Zeus, el dios griego del rayo. Según la mitología escandinava, Thor era considerado el dios del trueno. En la mitología hindú, Indra es considerado el dios del cielo y el trueno. Desde la antigüedad, claramente, el trueno ha sido considerado sagrado y mágico.

Hoy, con el avance de la ciencia, hemos descubierto exactamente qué causa los truenos y sus distintivas capas de sonidos.

¡Ahora, avancemos y exploremos la ciencia detrás del aterrador pero fascinante sonido del trueno!

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¿Qué causa el trueno?

En palabras simples, el trueno es el sonido producido por un relámpago.

Todo comienza con una nube hecha de gotas de agua y cristales de hielo. Durante una tormenta eléctrica, estos cristales de hielo se mueven y chocan entre sí. En el proceso, transfieren sus electrones entre sí, lo que resulta en la formación de partículas con carga positiva y negativa.

La tormenta y el viento hacen que los iones positivos más livianos se muevan hacia arriba y que los iones negativos más pesados ​​se asienten. Así, la carga en la nube se separa. A medida que se acumulan estas cargas, las nubes esperan la oportunidad de descargarse y neutralizarse de alguna manera.

Posteriormente, cuando las nubes se elevan sobre un suelo con carga positiva, las cargas negativas de la nube y las cargas positivas del suelo intentan hacer una conexión. Cuando eso sucede, se produce una deriva repentina de electrones a través de un pequeño canal de aire y ¡BOOM, somos testigos de un relámpago!

El relámpago es una descarga electrostática repentina que ocurre durante una tormenta eléctrica (burbujas)

Relámpago (Crédito de la foto: bubblea/Shutterstock)

Los relámpagos pueden ocurrir dentro de una nube, entre dos nubes o entre una nube y el suelo. Un rayo produce una enorme cantidad de energía en forma de calor y luz. Este calor es lo que causa el sonido impactante del trueno.

Anatomía del trueno

El inmenso calor liberado por el rayo sobrecalienta el aire a su alrededor. Como resultado, las moléculas de aire vibran vigorosamente y se expanden repentinamente, enviando una onda de choque a través del aire. Este movimiento brusco del aire es percibido por nuestro oído como el sonido crepitante de un trueno.

Pero eso no es todo… si alguna vez has escuchado un trueno, sabes que no podemos definirlo como un sonido distinto con un principio y un final. El sonido resonante del trueno es una mezcla de diferentes frecuencias, lo que lo convierte en una melodía impredecible pero distinguible de la naturaleza.

Comienza con un fuerte crujido de sonido llamado trueno, que es seguido por crujidos amortiguados llamados auges de truenos. Estos finalmente se extinguen como un estruendo bajo o un redoble débil.

¿Qué es un trueno?

Como se discutió anteriormente, los rayos producen una inmensa cantidad de calor. De hecho, la caída de un rayo puede calentar el aire circundante a una temperatura de 20 000 a 32 000 °C, ¡casi 5 veces más caliente que la superficie del sol! Como todos sabemos, cuando el aire se calienta, se expande.

Sin embargo, cuando el aire se calienta hasta casi 30000 grados en una fracción de segundo, la expansión es similar a una explosión. De hecho, se llama expansión explosiva y crea ondas de choque similares a explosiones sónicas en la atmósfera.

De manera similar, cuando cesan los rayos, el aire caliente se enfría rápidamente. Esto provoca una compresión repentina del aire expandido, lo que resulta en una implosión. Estas ondas de choque creadas por la expansión y compresión abruptas del aire es lo que escuchas como el estallido ensordecedor llamado tronido.

Tormenta en la carretera

Los relámpagos sobrecalientan el aire circundante (Créditos de las fotos: sondem/Shutterstock)

En promedio, un trueno se puede escuchar hasta a 16 km de la fuente del rayo. Cuanto más cerca esté del rayo, mayores serán sus posibilidades de escuchar un trueno (¡y mayores serán sus posibilidades de ser alcanzado por un rayo!)

Sin embargo, a medida que aumenta la distancia, el aplauso se vuelve más amortiguado, por lo que en lugar de un chasquido agudo, es posible que escuche un estallido resonante. Este sonido se llama auge del trueno.

¿Por qué retumba el trueno?

Cuando escuchas la palabra trueno, lo primero que te viene a la mente es un sonido relajante y retumbante en el cielo.

A medida que el trueno se propaga a través de la atmósfera, puede ser absorbido, reflejado, superpuesto, debilitado o amortiguado según la distancia y el entorno. Todos estos factores transforman el trueno en un estruendo sordo.

Cómo los relámpagos afectan el sonido del trueno

La forma en zig-zag del relámpago es una de las razones detrás del estruendo. Dado que el sonido de diferentes partes del rayo llega a nuestros oídos en diferentes momentos, en lugar de un chasquido agudo, escuchamos más un sonido continuo.

Además, un rayo se compone de múltiples truenos. Un estudio encontró que, en promedio, un relámpago se compone de 3 a 7 aplausos que ocurren en 1 a 3 segundos. En tales casos, el sonido de varios aplausos puede superponerse y producir una explosión de crujidos y estruendos.

Superposición de ondas sonoras

Superposición de ondas sonoras (Crédito de la foto: OpenStax/Wikimedia commons)

Además de estos factores, el sonido del trueno también depende de la potencia y fuerza del relámpago y del canal de aire a través del cual fluye.

Atenuación del trueno

La atenuación es otro factor que resulta en el retumbo de tono bajo. Un trueno consiste en una mezcla de frecuencias de mayor a menor. Sin embargo, factores como la absorción por el aire y la distancia de propagación debilitarán estas ondas.

Las frecuencias más altas son las más afectadas por esta atenuación. A medida que se propagan, las frecuencias más altas se estiran y disipan. Por el contrario, las frecuencias más bajas no se ven afectadas. Por debajo de una frecuencia de 100 Hz, la atenuación es casi insignificante. Por lo tanto, a medida que el sonido viaja una gran distancia, todo lo que llega a nuestros oídos es el rango de frecuencias más bajo, razón por la cual los retumbos tienen un tono tan bajo.

EL SONIDO DEL TRUENO SE PROPAGA A TRAVÉS DE LA ATMÓSFERA meme

Las frecuencias más altas se disipan debido a la atenuación

Varios factores que incluyen la temperatura, la fuerza del viento, la turbulencia, la topografía local y las interacciones moleculares también afectan el sonido del trueno. Por ejemplo, si hay muchos árboles o montañas en el terreno, el sonido rebota y hace eco, lo que genera un estruendo más resonante. Por eso el trueno es tan impredecible. Depende en gran medida del estado del medio ambiente.

Gradualmente, incluso el estruendo del trueno se vuelve más débil hasta que todo lo que escuchas es un sonido distante y débil. Esto se llama el redoble de trueno. Debido al efecto de atenuación, más allá de una distancia de 25 km de la fuente, el sonido del trueno rara vez se escucha.

Por lo tanto, el trueno comienza como un estallido majestuoso y se extingue como un leve murmullo arrastrando los pies.

¿Se puede usar el trueno para medir la distancia de un rayo?

Todos sabemos que la luz viaja más rápido que el sonido. Es por eso que escuchas el sonido del trueno poco tiempo después de ver un relámpago. La luz viaja a alrededor de 299 792 458 metros por segundo, lo que significa que ves el rayo (casi) instantáneamente cuando ocurre. El sonido, sin embargo, tarda 3 segundos en recorrer 1 km, por lo que se escucha el trueno mucho más tarde. Veamos cómo esto nos ayuda a calcular la distancia del rayo.

En el momento en que veas un relámpago, comienza a contar los segundos hasta que escuches el trueno. Dado que el sonido tarda 3 segundos en recorrer un kilómetro, dividir el tiempo total por 3 nos da la distancia que ha recorrido el sonido.

, , y así.

Por ejemplo, si escucha el trueno 6 segundos después de ver el relámpago. la distancia total recorrida por el sonido es 6/3 =2, lo que significa que el rayo se produjo a 2 km de ti. También significa que es hora de que te refugies y te mantengas a salvo. Como dice el dicho, “¡Cuando ruge el trueno, ve adentro!”

Conclusión

Hasta ahora, hemos discutido los patrones de truenos creados por un solo rayo, pero en el caso de una tormenta eléctrica masiva, estos fenómenos ocurren en una escala mucho mayor.

relámpago

Múltiples rayos ocurren durante una tormenta eléctrica (Créditos: Vasin Lee/Shutterstock)

Durante una tormenta eléctrica, se descarga una gran cantidad de nubes, lo que produce una gran cantidad de rayos, que envían numerosas ráfagas de truenos. ¡Todas estas ondas interactúan entre sí, creando una cautivadora sinfonía de aplausos, crujidos, estruendos y redobles para su entretenimiento auditivo!

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