Lato to w naszym klimacie sezon wyjątkowo naładowany burzami. To fascynujące, ale i groźne zjawisko pozwala na dokonanie bardzo ciekawej obserwacji. Dobrze znają ją choćby harcerze. Chodzi o liczenie sekund, by sprawdzić, jak daleko przechodzi burza oraz czy się przybliża, czy oddala. Jak to zrobić? Zaraz wszystko wytłumaczymy, ale zacznijmy od początku.

Czym jest dźwięk?

Kiedy uderzamy w powierzchnię wody, to pojawiają się na niej szybko rozszerzające się okręgi. Takie zaburzenia nazywamy falą mechaniczną. Sama fala przesuwa się po wodzie i jest dla wszystkiego, co napotka, informacją, że gdzieś tam wcześniej ktoś uderzył w wodę. Mówimy, że fale przenoszą energię – informację. To samo możemy robić w powietrzu. Kiedy czymś machamy, to potrącamy ogromną liczbę cząsteczek powietrza, które wzajemnie się odbijają. Teraz fala nie wędruje po powierzchni (tak jak na wodzie), a w trójwymiarowej przestrzeni wypełnionej powietrzem. Fala powstanie zawsze, kiedy coś drga. Ale jeżeli zmusimy jakiś obiekt do odpowiednio szybkich drgań, to usłyszymy te powstające fale. Nasze uszy są tak stworzone, że potrafią wyłapać drgania wykonywane przynajmniej 20 razy w ciągu jednej sekundy. Jeśli przypomnicie sobie drgającą strunę gitary, to czasami wręcz trudno zauważyć jej ruch – jest tak szybki, bo jej drgania mają częstotliwość np. 440 herców (440 razy na sekundę).

Jak szybki jest dźwięk?

Dźwięk w powietrzu, czyli fala mechaniczna, porusza się z prędkością około 340 m/s, a zależy to od panującej temperatury. Wspomniana wartość odnosi się do 15°C. Podczas 40-stopniowych upałów prędkość rośnie do 355 m/s, a dla mrozów przy -30°C – spada do 313 m/s. To całkiem sporo, choć nie są to prędkości tak imponujące jak dla światła. Gdy zmienimy metry na kilometry, prędkość tę możemy zapisać jako mniej więcej 1/3 kilometra na sekundę, co oznacza, że informacja o powstałym dźwięku w powietrzu w ciągu jednej sekundy dociera na odległość jednej trzeciej kilometra. Przed upłynięciem tej sekundy w odległości 333 metrów od źródła dźwięku nikt nie ma pojęcia, że jakiś dźwięk powstał – ta informacja o nim dopiero do nas nadejdzie. Słyszymy zatem wydarzenie z przeszłości. I to zawsze, bo zawsze czekamy, aż fala dotrze do naszych uszu. Czasem trwa to ułamki sekund, a czasem – dziesiątki. Wróćmy do naszej burzy i obiecanej ciekawostki. Uderzenie pioruna jest bardzo gwałtowne i w momencie wyładowania wytwarza się błysk (światło) i grzmot (dźwięk). Blask pioruna porusza się z prędkością światła i dociera do nas na Ziemi niemal natychmiastowo. Natomiast jeśli chodzi o dźwięk, to im dalej będziemy od miejsca uderzenia pioruna, tym później go usłyszymy. Tę odległość, jaka dzieli nas od miejsca powstania pioruna, możemy całkiem łatwo oszacować. Znamy już przybliżoną prędkość dźwięku. Pokonanie jednego kilometra zajmuje mu trzy sekundy. Jeśli natychmiast po zobaczeniu błyskawicy rozpoczniemy liczenie sekund, aż do momentu, w którym usłyszymy grzmot, to poznamy czas, jaki zajęło dźwiękowi dotarcie do nas. Teraz, dzieląc tę liczbę przez 3, obliczymy liczbę kilometrów, jaką fala dźwiękowa pokonała w trakcie podróży do nas. Opóźnienie dziesięciosekundowe, oznacza zatem odległość 3 kilometrów.

Opóźniony dźwięk: doświadczenie w Muzeum Grawitacji

W Muzeum Grawitacji znajdziecie kilka eksperymentów pokazujących, jak ciekawy jest dźwięk. Jednym z nich jest instalacja wykonana z zakręconej rury o długości prawie 100 metrów. Rura, jak to rura, ma dwa otwory, ale te są specjalnie ustawione obok siebie. Do jednego otworu możemy wpuścić nasz głos – np. krzycząc. Jak już wiemy, dźwięk zacznie podróżować jako fala, przemieszczając się wzdłuż zakrzywionej trasy. Po pokonaniu całej długości rury wyleci z jej drugiego końca, gdzie powinno znajdować się nasze ucho. Na pewno zdziwi Was, jak bardzo „słyszalna” jest ta różnica, mimo że podróż dźwięku w naszej rurze trwa tylko 0,3 sekundy. Wpadnijcie na weekend i poeksperymentujcie całą rodziną!