59. Гром и молния

А Молния - явление кратковременное, длится сотые доли секунды. Вызванный же ею гром может длиться' много секунд. В этом нет ничего удивительного: звук от молнии приходит не только напрямик, но и более длинными путями - многократно отражаясь от облаков и земли. Естественно, что мы слышим вначале звук, пришедший по прямой линии, а затем долго еще слышим раскаты грома, отдельные звуки которого приходят по Есе более длинным ломаным путям. Но вот что странно: самая сильная часть звука не всегда приходится на начало громового раската. Довольно часто она приходит на секунду-две позже. В чем дело? Неужели отраженный звук может быть сильнее прямого?

Б Вообще говоря, отраженный звук может быть и сильнее прямого. Пусть источник звука находится в точке А (рис. 76), а наблюдатель - в точке Е. Может случиться так, что некоторый участок местности BCD, подобно вогнутому зеркалу, фокусирует в точку Е звуковые лучи, исходящие из точки А. Это будет в том случае, если ломаные ABE, АСЕ, ADE в точности равны друг другу (или же отличаются друг от друга на целое число звуковых волн, что можно осуществить для чистого тона, но нельзя для грома, состоящего из колебаний различной длины волны). Тогда звуки, пришедшие к наблюдателю Е по этим ломаным, сложатся и создадут звук более сильный, чем первый из звуков, пришедший по прямой АЕ. Однако такой рельеф крайне маловероятен в естественных условиях, хотя его и можно сделать искусственно.

Рис. 76

Главная причина в другом: молния, в отличие от других источников звука, обладает большой протяженностью. Подумайте, как это может привести к описанному выше явлению.

В Почти все звуки: паровозный гудок, крик человека, рев мотора - излучаются из площадки крайне ограниченных размеров, диаметром в несколько сантиметров. Уже с расстояния в десяток метров такой источник можно считать точечным. Длина же молнии доходит до нескольких километров, и на всем своем протяжении молния является источником звука. Звук молнии - гром - результат мгновенного расширения воздуха, раскалившегося в канале молнии.

Молния, как вы видели не раз, довольно неравномерна: в одних местах она ярче, в других слабее, на всем ее протяжении много извилин и ответвлений (рис. 77). Поэтому и сила звуков от отдельных участков молнии различна. Ясно, что если участок А молнии (рис. 78) создает звук, намного более сильный, чем участок В, то наблюдатель С может услышать более сильный звук по прямой АС позже более слабого (ВС).

Рис. 77

Вы можете, конечно, возразить, что расстояние АС много больше ВС и звук от А сильнее ослабнет в пути и вряд ли будет громче звука от В. Правильно, и это надо учитывать. Но рассмотрим пример.

Рис. 78

Пусть молния ударила на расстоянии ВС = 5 км, а ее длина АВ = 1 км. И пусть звук от Л хотя бы вдвое сильнее звука от В. Поскольку звуки ослабевают приблизительно обратно пропорционально квадрату расстояния, а расстояние ВС составляет приблизительно ⁵/₆ расстояния АС, то звук от А будет воспринятнаблюдателем как звук в 2*(⁵/₆)² = ⁵⁰/₃₆ раз сильнее звука от В. Итак, в данном случае через 3 с после начала громового раската (1 км звук проходит приблизительно за 3 с) мы услышим звук более громкий, чем вначале.

Нетрудно показать, что чем ближе к нам молния, тем менее вероятно это явление. В самом деле, если ВС = 1 км и АВ = 1 км, то АС ≈ 2 км, вдвое более сильный звук от А был бы воспринят с силой 2*(¹/₂)² = ¹/₂, т. е. вдвое слабее, чем более слабый звук от В. Вот почему у близких молний гром начинается, как правило, с самого сильного звука, а затем постепенно ослабевает.

Правда, иногда близкая молния создает еще шорохи и потрескивания, опережающие гром. Это стекают наведенные молнией заряды с окружающих наблюдателя предметов (проводов, деревьев и др.). По времени шорохи непосредственно примыкают к молнии, так как возмущение от молнии приходит к этим предметам электромагнитным путем со скоростью света, и только от предметов к наблюдателю - со скоростью звука. На гром они не похожи, но тоже достаточно впечатляющи.