Por que o trovão soa do jeito que soa?

Os trovões são ondas de choque criadas pela rápida expansão do ar após a formação de um raio. À medida que se propaga, as ondas de choque se atenuam, refletem e se sobrepõem, resultando na transformação do trovão de um estrondo agudo para um estrondo baixo.

Os relâmpagos e o som retumbante do trovão intrigam e seduzem os humanos há séculos. Os gregos antigos acreditavam que o trovão era a arma de Zeus, o deus grego do relâmpago. De acordo com a mitologia escandinava, Thor era considerado o deus do trovão. Na mitologia hindu, Indra é considerado o deus do céu e do trovão. Desde os tempos antigos, claramente, o trovão foi considerado sagrado e mágico.

Hoje, com o avanço da ciência, descobrimos exatamente o que causa o trovão e suas distintas camadas de sons.

Agora, vamos em frente e explorar a ciência por trás do som assustador e fascinante do trovão!

O que causa o trovão?

Em palavras simples, o trovão é o som produzido pelo relâmpago.

Tudo começa com uma nuvem feita de gotas de água e cristais de gelo. Durante uma tempestade, esses cristais de gelo se movem e colidem uns contra os outros. No processo, eles transferem seus elétrons entre si, resultando na formação de partículas carregadas positiva e negativamente.

A tempestade e o vento fazem com que os íons positivos mais leves subam e os íons negativos mais pesados ​​se estabeleçam. Assim, a carga na nuvem se separa. À medida que essas cargas se acumulam, as nuvens esperam uma chance de de alguma forma se descarregar e se neutralizar.

Subsequentemente, quando as nuvens sobem sobre o solo carregado positivamente, as cargas negativas da nuvem e as cargas positivas do solo tentam fazer uma conexão. Quando isso acontece, ocorre um desvio repentino de elétrons através de um pequeno canal de ar e BOOM – testemunhamos um relâmpago!

Relâmpago (Crédito da foto: bubblea/Shutterstock)

O relâmpago pode acontecer dentro de uma nuvem, entre duas nuvens ou entre uma nuvem e o solo. Um relâmpago produz uma enorme quantidade de energia na forma de calor e luz. Este calor é o que causa o som chocante do trovão.

Anatomia do trovão

O imenso calor liberado pelo relâmpago superaquece o ar ao seu redor. Como resultado, as moléculas de ar vibram vigorosamente e se expandem repentinamente, enviando uma onda de choque pelo ar. Este movimento abrupto do ar é percebido pelo nosso ouvido como o som crepitante do trovão.

Mas isso não é tudo… se você já ouviu um trovão, sabe que não podemos defini-lo como um som distinto com começo e fim. O som ressonante do trovão é uma mistura de diferentes frequências, tornando-se uma melodia imprevisível, mas distinguível da natureza.

Começa com um estalo alto de som chamadotrovão,que é seguido por estalos amortecidos chamadosestrondos de trovão. Estesfinalmente desaparecem como umestrondo baixo ou um rolofraco .

O que é um trovão?

Como discutido anteriormente, o relâmpago produz uma imensa quantidade de calor. De fato, um relâmpago pode aquecer o ar ao redor a uma temperatura de 20.000-32.000 o C — quase 5 vezes mais quente do que a superfície do sol! Como todos sabemos, quando o ar aquece, ele se expande.

No entanto, quando o ar aquece até quase 30.000 graus em uma fração de segundo, a expansão é semelhante a uma explosão. Na verdade, é chamadode expansão explosivae cria ondas de choque semelhantes a estrondos sônicos na atmosfera.

Da mesma forma, quando o relâmpago cessa, o ar quente esfria rapidamente. Isso causa uma compressão repentina do ar expandido, resultando em umaimplosão. Essas ondas de choque criadas pela expansão e compressão abruptas do ar são o que você ouve como o estrondo ensurdecedor chamadotrovão.

Relâmpagos superaquecem o ar ao redor (Créditos da foto: sondem/Shutterstock)

Em média, um trovão pode ser ouvido a até 16 km da fonte do relâmpago. Quanto mais perto você estiver do raio, maiores serão suas chances de ouvir um trovão (e maiores serão suas chances de ser atingido por um raio!)

No entanto, à medida que a distância aumenta, o aplauso fica mais abafado, então, em vez de um estalo agudo, você pode ouvir um estrondo ressonante. Este som é chamado deestrondo de trovão.

Por que o trovão ronca?

Quando você ouve a palavra trovão, a primeira coisa que pode vir à sua mente é um som suave e retumbante no céu.

À medida que o trovão se propaga pela atmosfera, ele pode ser absorvido, refletido, sobreposto, enfraquecido ou abafado, dependendo da distância e do ambiente. Todos esses fatores transformam o trovão em um estrondo baixo.

Como o relâmpago afeta o som do trovão

A forma em ziguezague do relâmpago é uma das razões por trás do estrondo. Como o som de diferentes partes do raio atinge nossos ouvidos em momentos diferentes, em vez de um estalo agudo, ouvimos mais um som contínuo.

Além disso, um relâmpago é composto de vários trovões. Um estudo descobriu que, em média, um relâmpago é composto de 3-7 palmas que ocorrem dentro de 1-3 segundos. Nesses casos, o som de várias palmas pode se sobrepor e produzir uma explosão de rachaduras e estrondos.

Sobreposição de ondas sonoras (Crédito da foto: OpenStax/Wikimedia commons)

Além desses fatores, o som do trovão também depende da potência e da força do relâmpago e do canal de ar pelo qual ele flui.

Atenuação do Trovão

A atenuação é outro fator que resulta no estrondo de baixa frequência. Um trovão consiste em uma mistura de frequências de alta a baixa. No entanto, fatores como absorção pelo ar e distância propagada irão enfraquecer essas ondas.

Frequências mais altas são as mais afetadas por essa atenuação . À medida que se propagam, as frequências mais altas são esticadas e dissipadas. Por outro lado, as frequências mais baixas são relativamente não afetadas. Abaixo de uma frequência de 100Hz , a atenuação é quase insignificante. Assim, à medida que o som percorre uma grande distância, tudo o que cai em nossos ouvidos são as frequências mais baixas, e é por isso que os estrondos são tão baixos.

Frequências mais altas se dissipam devido à atenuação

Vários fatores, incluindo temperatura, força do vento, turbulência, topografia local e interações moleculares também afetam o som do trovão. Por exemplo, se houver muitas árvores ou montanhas no terreno, o som ricocheteia e ecoa, levando a um estrondo mais ressonante. É por isso que o trovão é tão imprevisível. Depende muito do estado do ambiente.

Gradualmente, até o estrondo do trovão fica mais fraco até que tudo o que você ouve é um som distante e fraco. Isso é chamado detrovão. Devido ao efeito de atenuação, além de uma distância de 25km da fonte, raramente se ouve o som do trovão.

Assim, o trovão começa como um estrondo majestoso e morre como um leve murmúrio arrastado.

O trovão pode ser usado para medir a distância do relâmpago?

Todos nós sabemos que a luz viaja mais rápido que o som. É por isso que você ouve o som do trovão pouco depois de ver o relâmpago. A luz viaja a cerca de 299.792.458 metros por segundo, o que significa que você vê o relâmpago (quase) instantaneamente quando ele ocorre. O som, no entanto, leva 3 segundos para percorrer 1 km, e é por isso que você ouve o trovão muito mais tarde. Vamos ver como isso nos ajuda a calcular a distância do raio.

No momento em que você vir um relâmpago, comece a contar os segundos até ouvir o trovão. Como o som leva 3 segundos para percorrer um quilômetro, dividir o tempo total por 3 nos dá a distância que o som percorreu.

, ,e assim por diante.

Por exemplo, se você ouvir o trovão 6 segundos depois de ver o relâmpago. a distância total percorrida pelo som é 6/3 = 2, o que significa que o raio ocorreu a 2 km de você. Isso também significa que é hora de você se abrigar e ficar seguro. Como diz o ditado: “Quando o trovão rugir, vá para dentro de casa!”

Conclusão

Até agora, discutimos os padrões de trovões criados por um único relâmpago, mas no caso de uma grande tempestade, esses fenômenos acontecem em uma escala muito maior.

Vários relâmpagos ocorrem durante uma tempestade (Créditos: Vasin Lee/Shutterstock)

Durante uma tempestade, um grande número de nuvens é descarregado, o que produz um grande número de relâmpagos, enviando inúmeras rajadas de trovões. Todas essas ondas interagem umas com as outras, criando uma sinfonia cativante de palmas, rachaduras, estrondos e rolas para seu entretenimento auditivo!