¿Hay alguna forma de saber a qué distancia está un rayo por el sonido de sus truenos? Pensé que una forma podría ser utilizando el hecho de que las frecuencias más altas viajan más rápido que las frecuencias más bajas. ¿Habría que corregir el hecho de que los truenos pueden no seguir una trayectoria recta? (Si es así, esto afectaría al cálculo de la distancia basado en el tiempo entre el rayo y el trueno también).
Respuestas
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klenwell
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Esta es una pregunta interesante. Por desgracia, la respuesta es probablemente no por dos razones. Sin embargo, hay una buena manera de saber a qué distancia cayó un rayo contando los segundos antes de que el trueno te alcance. Primero te diré por qué tu método probablemente no funcione, y luego te diré cómo calcular la distancia basándote en el tiempo de llegada (un método que quizá ya conozcas).
Por qué su método no funcionará sin un equipo sensible.
- El fenómeno que se intenta utilizar para calcular la distancia a la fuente se llama dispersión . Es el término general que se utiliza cuando ondas de diferentes frecuencias se propagan a diferentes velocidades en un medio. Desgraciadamente, la dispersión del aire, especialmente en las bajas frecuencias asociadas a los truenos, es muy baja . La velocidad del sonido en el aire es relativamente constante $343\tfrac{m}{s}=0.21\tfrac{mi}{s}$ .
- Incluso si la dispersión fuera relativamente alta, tendrías que saber algo sobre la forma en que sonó el trueno cuando empezó. Esto no es una gran limitación, ya que probablemente serías capaz de captarlo escuchando los truenos más cercanos y más lejanos.
¿Qué método relativamente sencillo puede funcionar?
Un truco que aprendí de niño (quizás tú también) es contar los segundos que transcurren entre el relámpago y el trueno. A partir de ahí se puede calcular aproximadamente la distancia a la que estaba el rayo. Como la velocidad de la luz es tan rápida que se considera instantánea en esta situación, el tiempo que tardó el sonido en llegar hasta ti te indica a qué distancia cayó el rayo. Si el tiempo que tarda el sonido en llegar a ti es $\Delta t$ , entonces el relámpago era una distancia $$d=\Delta t*v$$ lejos, donde $v=0.21\tfrac{mi}{s}$ es la velocidad del sonido en el aire. Como ejemplo, si se cuenta $5\ \text{seconds}$ para que el sonido te llegue, entonces el rayo sería más o menos $1\ \text{mile}$ lejos. Puedes recordar simplemente dividir por $5$ como regla general. Este cálculo da la distancia a la fuente del trueno, que puede estar a un par de kilómetros del suelo.
BoltBait
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Creo que sí, se puede obtener información sobre la distancia analizando el sonido del trueno. Me baso principalmente en haber escuchado personalmente muchos truenos, tanto lejanos como cercanos, de distancia razonablemente conocida al rayo.
Cualquiera que haya experimentado un trueno cercano (100 m o menos) puede decir que suena mucho más "agudo" que uno lejano, por no mencionar que es más fuerte, por supuesto. Ignoremos el volumen, porque muchas cosas pueden interferir con el volumen recibido. Esto te dará una medida amplia de la distancia, pero no será tan precisa.
Creo que la clave es la fuerza de las frecuencias altas en relación con las bajas. El aire atenuará relativamente más las frecuencias altas, por lo que los truenos más lejanos tendrán menos contenido de frecuencias altas. Esto también tiene un sentido intuitivo en el sentido de que los truenos cercanos suenan de forma aguda y repentina, mientras que los truenos lejanos son un sonido bajo y retumbante.
Así que, haz algunos análisis espectrales sobre truenos de varias distancias conocidas, y espero que puedas encontrar rangos de frecuencia tales que las relaciones de amplitud de estos rangos hagan una función monotónica razonablemente predecible de la distancia.
Creo que mirar sólo la duración no funcionará. Esto se debe a que los relámpagos se componen en realidad de (o pueden aproximarse como) muchos segmentos cortos del "zap" de extremo a extremo. Cada segmento produce su propio trueno, razón por la cual los truenos a menudo parecen "crujir". Cuando estás muy cerca, el sonido de la parte inferior del rayo es tan abrumador que tiendes a no notar el siguiente crujido de los segmentos más altos (y por lo tanto más alejados de ti). Además, no se obtiene tanto sonido cuando se está de frente a un segmento. Piensa en un patrón de radiación dipolar.
Me interesaría saber lo que encuentras si persigues esto. Por favor, manténganos informados.
Vicfred
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Supongo que no vio el destello, por lo que no puede utilizarlo como marca de tiempo. Desde Wikipedia "La dependencia de la frecuencia y la presión son normalmente insignificantes en las aplicaciones prácticas. En el aire seco, la velocidad del sonido aumenta aproximadamente 0,1 m/s a medida que la frecuencia aumenta de 10 Hz a 100 Hz. Para frecuencias audibles superiores a 100 Hz es relativamente constante. "Se podría intentar utilizar el hecho de que las frecuencias altas se atenúan más que las bajas, pero eso parece depender mucho del terreno.
Joe Perkins
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La forma más sencilla de hacerlo es contar los segundos después de ver un relámpago. La luz del relámpago viaja a $299792458$ metros por segundo; a efectos prácticos, se puede aproximar que llega instantáneamente a su ubicación desde donde cae el rayo.
Sin embargo, la velocidad del sonido es bastante menor. Depende un poco de la temperatura, pero para temperaturas "normales", digamos entre $0$ y $25$ grados Celsius, está entre $340$ y $345$ metros por segundo. Esto significa que, en tres segundos, viaja $3*340\approx 1000$ metros. Por lo tanto, se puede aplicar la regla general de que cada tres segundos entre el destello del rayo y el trueno corresponde a un kilómetro de distancia. Aquí hay algunas suposiciones (por ejemplo, que el sonido sea esféricamente simétrico, que la luz se emita al mismo tiempo que el sonido), pero mientras no hagas mediciones de precisión, parecen estar bien.
Como ves, ni siquiera es necesario recurrir a cosas como el tono (que son mucho más difíciles de "medir" sólo de oído) para obtener una estimación razonable. Como señala la respuesta de Ross Milikan, estas características tampoco son muy útiles.
Guill
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Si sólo quieres tener una idea "aproximada" de la distancia a la que cayó el rayo, la respuesta es sí. Puedes utilizar el sonoridad del trueno como indicador de la relativa distancia (un golpe fuerte estará más cerca que un golpe débil). Se podría obtener más precisión con un dispositivo de medición de la sonoridad calibrado con la fuerza media conocida de los golpes y la distancia a la que impactan.
