فیزیک صوت و صاعقه چگونه کار میکند؟
نور و صدا هر دو موج هستند، اما سرعت حرکت آنها بسیار متفاوت است. نور با سرعتی سرسامآور (۳۰۰,۰۰۰ کیلومتر بر ثانیه) حرکت میکند، به طوری که تصویر صاعقه تقریباً آنی به چشم ما میرسد. اما صدا بسیار کندتر است (حدود ۳۴۰ متر بر ثانیه). این اختلاف سرعت باعث میشود که صدای رعد (Thunder) با تاخیر به گوش ما برسد. با اندازهگیری این تاخیر زمانی، میتوانیم دقیقاً محاسبه کنیم که صاعقه در چه فاصلهای از ما رخ داده است. این روش در کوهنوردی و طبیعتگردی برای تخمین فاصله تا طوفان بسیار حیاتی است.
فرمول دقیق با تاثیر دما
سرعت صوت ($v$) ثابت نیست و با دمای هوا ($T$) تغییر میکند. فرمول دقیق مهندسی به صورت زیر است:
v = 331.3 + (0.606 × T)d = v × t- v= سرعت صوت (m/s)
- T= دمای هوا (°C)
- t= زمان تاخیر (Seconds)
- d= فاصله (Meters)
مثالهای کاربردی
۱. قانون ۳ ثانیه
یک قانون سرانگشتی معروف میگوید: "هر ۳ ثانیه تاخیر معادل ۱ کیلومتر فاصله است." اگر بعد از دیدن برق، ۹ ثانیه شمردید تا صدای رعد بیاید، طوفان تقریباً در ۳ کیلومتری شماست.
۲. پژواک در کوه (Echo)
اگر روبروی صخرهای فریاد بزنید و ۲ ثانیه بعد صدای خود را بشنوید، صدا ۱ ثانیه رفته و ۱ ثانیه برگشته است. پس فاصله صخره حدود ۳۴۰ متر است (نه ۶۸۰ متر!).
۳. عمق چاه
سنگی را در چاه میاندازید و ۴ ثانیه بعد صدای برخورد آن با آب را میشنوید. با محاسبه زمان سقوط و زمان بازگشت صدا، میتوان عمق چاه را تخمین زد (حدود ۷۰ متر).
نکات ایمنی و خطاها
- قانون ۳۰/۳۰ ایمنی: اگر زمان بین برق و رعد کمتر از ۳۰ ثانیه است (فاصله کمتر از ۱۰ کیلومتر)، خطر برخورد صاعقه بالاست و باید پناه بگیرید.
- تاثیر باد: باد شدید میتواند سرعت صوت را کمی تغییر دهد و صدای رعد را به سمت دیگری منحرف کند، اما تاثیر آن در مسافتهای کوتاه ناچیز است.
- دمای هوا: در روزهای سرد زمستانی ($0^\circ C$)، سرعت صوت کمتر (۳۳۱ متر بر ثانیه) و در روزهای داغ تابستانی ($40^\circ C$) بیشتر (۳۵۵ متر بر ثانیه) است.
- شمارش اشتباه: هیجان ناشی از طوفان معمولاً باعث تند شمردن ثانیهها میشود. استفاده از ساعت یا موبایل دقیقتر است.