Burza to groźne zjawisko, które budzi i lęk, i zachwyt. Często z podziwem obserwujemy efektowne wzory błyskawic na niebie. Po chwili słyszymy uderzenie gromu. Dlaczego najpierw widzimy błysk pioruna, a dopiero później dociera do nas jego huk?

Już wiesz
  • co to jest fala dźwiękowa;

  • jak powstaje dźwięk.

Nauczysz się
  • wyjaśniać, jaka jest prędkość dźwięku w powietrzu;

  • tłumaczyć, że nic nie może poruszać się szybciej od światła.

1. Prędkość dźwięku

Wiemy już, że dźwięk jest falą, która może rozchodzić się jedynie w ośrodku zbudowanym z drobin. Prędkość rozchodzenia się dźwięku zależy od tego, jak gęsto ułożone są te drobiny. W powietrzu, tuż nad ziemią, dźwięk przemieszcza się z prędkością 340 m/s (1224 km/h). Potrzebuje więc około 3 sekund na pokonanie kilometra. Wraz ze wzrostem wysokości powietrze staje się coraz bardziej rozrzedzone, dlatego prędkość dźwięku maleje – np. na wysokości 10 km wynosi już tylko 1080 km/h. Za to w wodzie dźwięk pokonuje około półtora kilometra w sekundę!
A co jeśli nie ma ośrodka? Mówimy wówczas, że w danym miejscu panuje próżnia. Nie ma tam drobin, które przekazując sobie drgania, mogłyby przenosić falę dźwiękową. W takiej sytuacji dźwięk nie może się przemieszczać. Ma to miejsce w przestrzeni kosmicznej – nie słychać tam żadnych dźwięków.

2. Szybciej czy wolniej od światła?

Dlaczego podczas burzy najpierw widzimy błysk, a dopiero potem słyszymy huk? Światło w próżni porusza się z prędkością aż 300 000 km/s! Co więcej, jest to największa prędkość w przyrodzie i żadne ciało nie jest w stanie jej osiągnąć. Gdy światło wnika do atmosfery czy innego ośrodka, nieco zmniejsza prędkość, gdyż w przeciwieństwie do dźwięku najszybciej rozchodzi się w próżni. W powietrzu porusza się więc nieco wolniej – z prędkością 291 tys. km/s. Jest to nadal prędkość o wiele większa od szybkości dźwięku.

Sygnał świetlny zawsze dociera do nas szybciej niż dźwiękowy. Sygnał dźwiękowy słyszymy, nawet jeśli nie widzimy jego źródła. Dlatego pojazdy uprzywilejowane, np. karetki pogotowia, radiowozy, używają obu rodzajów sygnałów
Ciekawostka

Światło potrzebuje ponad sekundę, by dotrzeć z Księżyca do Ziemi, i 8 minut, by przebyć odległość ze Słońca do Ziemi.

Obserwacja 1

Zmierzenie prędkości dźwięku.

Co będzie potrzebne
  • latarka,

  • czerwona folia przepuszczająca światło,

  • gwizdek (można też użyć gongu),

  • doświadczenie wykonuje się w parach, na otwartym terenie.

Instrukcja
  1. Zaklej latarkę czerwoną przezroczystą folią. Czerwona barwa jest dobrze widoczna nawet z dużej odległości w ostrym słońcu.

  2. Daj koleżance lub koledze gwizdek i latarkę. Odejdźcie na 20 kroków od siebie.

  3. Kiedy znajdziecie się w odpowiedniej odległości, niech osoba, z którą przeprowadzasz obserwację, skieruje latarkę w twoją stronę i włączy ją, gwiżdżąc dokładnie w tym samym momencie. Oceń, czy najpierw słyszysz gwizd, czy widzisz światło.

  4. Oddalcie się na odległość około 300 kroków. Niech koleżanka lub kolega ponownie jednocześnie zagwiżdże i włączy latarkę. Który bodziec dotarł do ciebie pierwszy: świetlny czy dźwiękowy?

Podsumowanie

W miarę oddalania się koleżanki lub kolegi różnica w prędkości dźwięku i światła staje się coraz bardziej zauważalna.

3. Jak daleko jest burza?

Podczas uderzenia pioruna powietrze bardzo silnie się nagrzewa. Z tego powodu staje się źródłem światła, a także dźwięku. Różnica prędkości dźwięku i światła sprawia, że najpierw widzimy błysk pioruna, a dopiero potem słyszymy grzmot towarzyszący wyładowaniu.
Wykorzystując różnicę prędkości rozchodzenia się światła i dźwięku, możemy w przybliżeniu obliczyć odległość, w jakiej burza znajduje się od miejsca, w którym przebywamy. Gdy zobaczymy błysk pioruna, zaczynamy liczyć, po ilu sekundach dotrze do nas dźwięk grzmotu. Pamiętając o tym, że dźwięk potrzebuje około 3 sekund na pokonanie kilometra, obliczamy, jak daleko jest burza. Jeśli na przykład grzmot dotrze do nas 12 sekund po błysku, to burza znajduje się w odległości 4 km (12 : 3 = 4).

Kiedy słyszymy odgłosy nadciągającej burzy, warto spojrzeć w niebo, by zaobserwować błyskawicę. To pozwoli nam ocenić, jak daleko jest burza i czy musimy spieszyć się z szukaniem schronienia
Polecenie 1

Wyjaśnij, dlaczego aby ocenić w kilometrach naszą odległość od burzy, trzeba podzielić czas między błyskiem a grzmotem przez 3, a nie przez 2 lub 5.

Podsumowanie

  • Prędkość dźwięku zależy od ośrodka, w którym on się przemieszcza.

  • Prędkość dźwięku w powietrzu na poziomie morza wynosi 340 m/s.

  • W próżni dźwięki się nie rozchodzą.

  • Światło porusza się szybciej niż jakiekolwiek ciało na świecie.

Praca domowa
Polecenie 2.1

Odpowiedz, w jakiej odległości od obserwatora uderzył piorun, jeżeli dźwięk grzmotu słyszalny był 10 sekund po jego uderzeniu.

Słowniczek

próżnia

przestrzeń pozbawiona drobin, w której nie rozchodzą się fale dźwiękowe

Zadania

Ćwiczenie 1
Ćwiczenie 2
Ćwiczenie 3
Ćwiczenie 4