¿Por qué el trueno suena como lo hace?

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

Los relámpagos y el retumbar del trueno han intrigado y tentado 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 se ha 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, sigamos adelante y exploremos la ciencia detrás del aterrador pero fascinante sonido del trueno!

¿Qué causa el trueno?

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

Todo comienza con una nube hecha de gotas de agua y cristales de hielo. Durante una tormenta, 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 cargadas positiva y negativamente.

La tormenta y el viento hacen que los iones positivos más ligeros se muevan hacia arriba y que los iones negativos más pesados ​​se asienten. Por lo tanto, la carga en la nube se separa. A medida que estas cargas se acumulan, 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 establecer 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!

Rayo (Crédito de la foto: bubblea / Shutterstock)

Los rayos 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 provoca el impactante sonido de un trueno.

Anatomía del trueno

El inmenso calor liberado por los relámpagos 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. Nuestro oído percibe este movimiento brusco de aire 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 de la naturaleza impredecible pero distinguible.

Comienza con un fuerte crujido de sonido llamado trueno, que es seguido por crepitantes amortiguados llamados truenos. Estos finalmente se extinguen como un retumbar bajo o un rollo débil.

¿Qué es un trueno?

Como se mencionó anteriormente, los rayos producen una inmensa cantidad de calor. De hecho, un rayo puede calentar el aire circundante a una temperatura de 20000-32000 ° 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 cesa el rayo, 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 cuando el estallido ensordecedor llamado tronido.

Los rayos sobrecalientan el aire circundante (Créditos de las fotografías: sondem / Shutterstock)

En promedio, se puede escuchar un trueno 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 crujido agudo, es posible que escuche un boom resonante. Este sonido se llama trueno boom.

¿Por qué retumba el trueno?

Cuando escuche la palabra trueno, lo primero que puede venir a su 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 retumbar bajo.

Cómo los rayos afectan el sonido del trueno

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

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

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

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

Atenuación del trueno

La atenuación es otro factor que resulta en el retumbar 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 propagada 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 se disipan. Por el contrario, las frecuencias más bajas no se ven relativamente afectadas. Por debajo de una frecuencia de 100 Hz, la atenuación es casi insignificante. Por lo tanto, a medida que el sonido viaja a una gran distancia, todo lo que cae en nuestros oídos es el rango de frecuencias más bajo, por lo que los retumbos son de tono tan bajo.

Las frecuencias más altas se disipan debido a la atenuación.

Varios factores, como la temperatura, la fuerza del viento, las turbulencias, 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, dando lugar a un retumbar más resonante. Por eso los truenos son tan impredecibles. Depende en gran medida del estado del medio ambiente.

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

Por lo tanto, el trueno comienza como una explosión majestuosa y se extingue como un leve murmullo.

¿Se puede utilizar 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 de un trueno poco después de ver un rayo. La luz viaja a más de mil millones de kilómetros por segundo, lo que significa que puede ver el rayo (casi) instantáneamente cuando ocurre. El sonido, sin embargo, tarda 3 segundos en cubrir 1 km, por lo que se oye el trueno mucho más tarde. Veamos cómo esto nos ayuda a calcular la distancia del rayo.

En el momento en que vea un relámpago, comience a contar los segundos hasta que escuche el trueno. Dado que el sonido tarda 3 segundos en cubrir un kilómetro, dividir el tiempo total por 3 nos da la distancia que ha viajado 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 ocurrió a 2 km de usted. También significa que es hora de que se refugie y se mantenga a salvo. Como dice el refrán, “¡Cuando el trueno ruge, 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 a una escala mucho mayor.

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

Durante una tormenta, se descarga una gran cantidad de nubes, lo que produce una gran cantidad de relámpagos, enviando numerosas ráfagas de truenos. ¡Todas estas ondas interactúan entre sí, creando una sinfonía cautivadora de aplausos, crujidos, auges y rollos para su entretenimiento auditivo!