Introducción
Este es el comienzo de una pregunta aparentemente no relacionada con la física que implica leyes italianas de 1700-1800, procesos atmosféricos, ondas de sonido que se propagan a través de fluidos y rayos que queman iglesias.
El núcleo de la pregunta es averiguar si y cómo una onda de sonido influye en la formación / interrupción de las nubes y las tormentas eléctricas eventualmente.
Antecedentes y Contexto
Vivo al lado de los Alpes europeos, en el norte de Italia. Aquí el clima a menudo es nublado y las tormentas eléctricas no son raras. Por motivos religiosos, cada pueblo en esta área tiene una iglesia, con una torre de campanario alta junto a ella. Y, por supuesto, una enorme campana de bronce cuelga en cada torre sonando cada hora.
Hablé con un anciano local (que resulta ser el encargado del campanario) sobre las tormentas eléctricas, y me contó que cada vez que se acerca una tormenta eléctrica, él toca la campana repetidamente y con fuerza para tratar de "disipar la tormenta" y "desgarrar las nubes", supuestamente para evitar que caigan lluvia y truenos sobre el pueblo. Esta es una práctica ampliamente utilizada hasta el día de hoy en esta área. Siendo un estudiante de ingeniería, quería averiguar si eso tenía sentido realmente y qué efectos tenía tocar la campana.
Formalización de la pregunta
Una campana de bronce sonando varias veces produce sonido. La energía cinética del badajo de bronce se lanza hacia la campana, que la convierte en vibraciones.
Específicamente, la campana de bronce vibra y transfiere la vibración aguda a la capa de moléculas de aire envuelta alrededor de la campana, lo que inicia una transmisión en cadena. Esto produce ondas de sonido, que son ondas longitudinales (de compresión) transmitidas a través de un fluido (aire).
Las ondas longitudinales son ondas en las que la vibración del medio es paralela ("a lo largo") a la dirección en que viaja la onda y la desplazamiento del medio va en la misma (o en dirección contraria) de la propagación de la onda. Las ondas longitudinales mecánicas también se llaman ondas de compresión, porque producen compresión y rarefacción al viajar a través de un medio, y ondas de presión, porque producen aumentos y disminuciones en la presión. [fuente]
Estas ondas luego se expanden más o menos esféricamente (ley del cuadrado inverso) desde el punto alto de la campana.
Las preguntas naturales que surgirían en este punto son:
- ¿Qué sucede cuando la onda de sonido pasa a través de la nube?
- ¿La onda tiene la suficiente energía para alterar razonablemente la formación de la nube y por lo tanto alterar / prevenir la tormenta eléctrica?
- ¿Existe realmente la posibilidad de "disolver la tormenta", o es solo una creencia popular / efecto psicológico?
Realmente no tengo idea ya que no tengo experiencia directa con esto, aunque suena casi ridículo. La formación de tormentas eléctricas parece ser un proceso en una escala completamente diferente, pero no logro encontrar una conexión con las ondas de sonido.
Las tormentas eléctricas se forman cuando el aire cálido y húmedo asciende en el aire frío. El aire cálido se enfría, lo que provoca que la humedad, llamada vapor de agua, forme pequeñas gotas de agua, un proceso llamado condensación. El aire enfriado desciende más en la atmósfera, se calienta y vuelve a ascender. [fuente]
Experimentos históricamente relevantes
Mientras investigaba encontré papers de finales de 1700 donde científicos italianos intentaban responder una de nuestras preguntas: ¿perturba el sonido de la campana de la torre una tormenta eléctrica entrante?
Su respuesta es lo opuesto a lo que esperaba: pensaban que el sonido de la campana en realidad amplificaba la tormenta.
Puedes encontrar la versión original de estos papers aquí
Sus resultados parecen extremadamente no rigurosos, pero puede ser un punto de partida para reflexionar sobre ellos.
Nota: Puedo hacer una traducción completa del paper si alguien está interesado, por ahora haré mi mejor esfuerzo para traducir y resumir los conceptos clave (ahorrándote un montón de drama religioso y legal de mediados de 1700)
Paper publicado en 1770
Clave: Total sinsentido
La vibración inducida por el sonido agudo de la campana tiene 2 efectos en el aire: frota entre diferentes partes [de la nube] y adelgaza la masa [de la nube]. El frotamiento, como se sabe, despierta el "fuego eléctrico" (no tengo ni idea de qué es eso). El adelgazamiento atrae [el fuego eléctrico], disminuyendo la resistencia del aire. Las vibraciones en general unen en lugar de separar.
También se dice que el sonido de la campana (mientras tormenta) atrae los rayos a la torre de la campana (lo cual es un sinsentido), en lugar de permitir que los rayos alcancen las casas o campos, y se considera algo bueno.
Además, se dice que el sonido de la campana advierte a los lugareños que se acerca una tormenta, lo cual se dice que es un buen efecto secundario, pero que realmente parece ser lo más relevante.
Acto de 1783
Clave: La ley prohíbe tocar campanas durante tormentas
Una serie de experiencias tristes dice que tocar la campana de la torre, en lugar de disipar las nubes y las tormentas, activa y pone en peligro las torres y las iglesias, que han sufrido numerosos impactos, incendios y muertes durante tormentas. Por lo tanto, está prohibido tocar campanas durante tormentas.
Artículo publicado en 1787:
Clave: Evaluación de los efectos de las vibraciones del aire en las nubes
Este artículo expone 2 razones que respaldan la ley contra tocar campanas durante tormentas.
1: Ondulaciones Sonoras Atmosféricas. Las vibraciones originadas por la percusión de objetos se propagan esféricamente, generando "compresión y acercamiento de partes". Las nubes pesadas no se rompen bajo esta condición. Pero una nube es un conductor electrificado. Se sabe que el estrés ejercido por el fuego eléctrico es inversamente proporcional a su capacidad, y su capacidad es directamente proporcional al área de la superficie. Si el volumen de la nube disminuye, su área de superficie también debe disminuir. Por lo tanto, la capacidad disminuirá y la intensidad del fuego eléctrico aumentará. De esto podemos inferir que las vibraciones, que comprimen el volumen de una nube, necesariamente aumentan la intensidad del fuego eléctrico, que se descargará en los cuerpos más cercanos, como la torre de la campana.
2: Rareza de aire alrededor de la torre de la campana. Las vibraciones eliminan continuamente el aire y lo convierten en aire más delgado. Por lo tanto, hay una corriente de aire hacia la fuente de sonido. El fuego eléctrico seguirá esa dirección.
Termina con:
Se demuestra que tocar la campana promueve que caiga un rayo y apunta el golpe en la fuente de las vibraciones.
