لماذا نرى البرق قبل سماع الرعد ؟.. ” التفسير العلمي “
أسباب رؤية البرق قبل سماع صوت الرعد
في يوم دافئ ورطب، يرتفع الهواء الساخن ويتكثف ليشكل سحابة تتراكم وتؤدي في النهاية إلى هطول الأمطار، ويمكن أن يؤدي حركة الهواء داخل السحابة إلى إطلاق شحنات كهربائية تؤدي إلى إنتاج الصواعق البرقية.
يحدث الرعد والبرق نتيجة إطلاق الطاقة، حيث يعتبر الرعد موجة صوتية، في حين يمثل البرق انبعاث الطاقة الكهرومغناطيسية، والسبب الرئيسي وراء رؤية البرق قبل سماع الرعد هو أن سرعة الضوء التي يسير بها البرق تكون أسرع من الصوت الذي يمثل الرعد.
تعتمد سرعة الضوء على الوسط الذي ينتقل فيه، حيث يكون بطيئا في حركة الغازات وسريعا في السوائل، وحتى أسرع في المواد الصلبة.
تتميز سرعة انتقال الصوت في الهواء بسرعة تبلغ حوالي 332 مترًا في الثانية، وهذا يعد فرقًا كبيرًا مقارنة بسرعة الضوء التي تصل إلى حوالي 300000 كيلومتر في الثانية.
بالمقارنة مع الضوء، يحتاج الصوت وقتا طويلا للانتقال أثناء العواصف الرعدية. حاول العلماء لعدة قرون قياس سرعة الصوت بعد ابتكار إسحاق نيوتن أول حساب نظري لسرعة الصوت.
يمكن حساب مدى بعد البرق عن طريق قياس عدد الثواني التي تمر بين وميض البرق وصوت الرعد، ومن ثم قسمة هذا العدد على 5، حيث ستعطي النتيجة تقديرًا لعدد الأميال التي تفصلك عن البرق، لذا إذا كان الفرق بين وميض البرق وصوت الرعد 30 ثانية، فسيكون المسافة بينك وبين البرق حوالي 6 أميال.
إذا سمعت الرعد، فأنت بالفعل داخل المنطقة التي يمكن أن تحدث فيها ومضات الأرض التالية، حيث يمكن أن يضرب البرق على بعد 10 أميال من مركز العاصفة الرعدية، وفقًا لمكتب الأرصاد الجوية، لذلك إذا كان التأخير الزمني قصيرًا جدًا، وكانت المسافة إلى البرق 6 أميال أو أقل، يوصى بالبحث عن مأوى فوري.
يمكن أن يكون وميض البرق الذي نراه قبل سماع الرعد تحذيرًا مسبقًا لأن الضوء ينتقل أسرع من الصوت، ويمكن لوميض البرق أن يخبرنا بمدى بُعد البرق.
إذا رأيت وميضًا من البرق هذا الصيف فاحسب التأخير حتى تسمع الرعد، وإذا كانت الفترة قصيرة جدًا، ففكر في العثور على مأوى.
تفسير ظاهرة الرعد والبرق
تتكون السحب من قطرات ماء، وعندما تحتجز هذه القطرات في تيار هوائي وترتفع عاليا في الجو، فإنها تتجمد وتتحول إلى قطع صغيرة من الجليد.
تتلاقى جزيئات الجليد مع بعضها البعض، مما يؤدي إلى توليد شحنة كهربائية ثابتة، ومن ثم تتحرك البروتونات إلى الجزء العلوي من السحابة، بينما تتحرك الإلكترونات إلى الجزء السفلي من السحابة.
بسبب جاذبية الأضداد، تسعى الإلكترونات في السحابة إلى الوصول إلى البروتونات في الأرض أسفلها، وتبحث عن أي شيءٍ طويلٍ يمكنها الاصطدام به، مثل الأشجار أوالمباني العالية أو ناطحات السحاب، والتي يمكن أن تتعرض لصعقة البرق.
بغض النظر عن قوة الصواعق، فإن الرعد لا يمكنه أن يؤذيك، فهو مجرد صوت، وجميع الأصوات تنشأ عن اهتزاز الجسيمات. عندما يحدث صاعقة، فإنها تؤدي إلى اهتزاز الجزيئات الموجودة في الهواء من حولها.
نظرًا لأن البرق ينتج حرارة شديدة جدًا، تصل إلى ست مرات أعلى من سطح الشمس، فإنه يجعل الهواء المحيط به يتمدد بسرعة كبيرة، مما يؤدي إلى حدوث اهتزازات أكثر شدة ودفع الجسيمات بقوة.
يمكن أن تتسبب كل هذه الاهتزازات في إصدار دوي كبير يشبه صوت الرعد، ويأتي الصوت من مصدر آخر بعد تلاشي البرق، وأثناء البرق، تفتح الإلكترونات جيوبًا في الهواء وتخترقه.
وعندما تنقطع التيار الكهربائي، يتدفق الهواء مرة أخرى إلى تلك الجيوب، وهذا ينتج عنه صوت يساهم في إصدار صوت الرعد.
عندما نسمع الرعد ثم نرى البرق بسهولة، فهذا بسبب أن الضوء ينتقل بسرعة أسرع من الصوت، بالتحديد 882353 مرة، ولذلك عند حدوث البرق والرعد في نفس الوقت تقريبا، لا نسمع الرعد إلا بعد مرور فترة طويلة من رؤية البرق.
يستغرق خمس ثوانٍ ليصل الصوت الذي يصدره الرعد الذي حدث على بعد ميل واحد، ولكن يمكن رؤية البرق من مسافة تصل إلى حوالي 100 ميل.
الفرق بين الرعد والبرق
تحتوي السحابة على شحنات سالبة والأرض على شحنات موجبة، ويحدث البرق عندما تتجاذب الشحنات السالبة (الإلكترونات) في قاع السحابة مع الشحنات الموجبة (البروتونات) في الأرض، وثمّ يتدفق الشحنات السالبة من السحابة نحو الشجرة باتجاه الشحنات الموجبة في الأرض.
يتطلب أن يكون تراكم الشحنات الكهربائية كافيًا لتجاوز خصائص العزل الهوائي، ويتدفق تيار من الشحنات السالبة نحو نقطة عالية حيث تتجمع الشحنات الإيجابية بسبب سحب رأس الرعد.
ترتبط الشحنات السالبة والموجبة في الهواء بالصاعقات الكهربائية، حيث يحدث اتصال بين البروتونات والإلكترونات وتنتج البرق ويُسمع صوت الرعد.
تسخن صاعقة البرق الهواء على طول مسارها ممايؤدي إلى تمدده بسرعة، في حين ينتج صوت الرعد عن تمدد الهواء بسرعة.
سبب الرعد والبرق
يحدث الرعد نتيجة لتمدد الهواء بسرعة على طول مسار الصاعقة، وتستغرق الصاعقة بضعة أجزاء من الألف من الثانية لتنقسم في الهواء.
البرق هو عملية تفريغ للكهرباء، وقد يؤدي ضربة صاعقة واحدة إلى تسخين الهواء المحيط بها إلى 30000 درجة مئوية (54000 درجة فهرنهايت)، ويؤدي هذا التسخين الشديد إلى تمدد الهواء بشكل سريع، مما يؤدي إلى تكوُّن موجة صدمة تحول إلى موجة صوتية قوية تسمى الرعد.
وما يحدث في السحابة هو كالتالي:
- تتدفق بلورات الجليد العالية داخل سحابة عاصفة رعدية صاعدة وهابطة في الهواء المضطرب.
- بعد ذلك، تصطدم الجسيمات ببعضها البعض، وتتحول إلى جسيمات صغيرة سالبة الشحنة تسمى الإلكترونات. يتم التخلص من هذه الإلكترونات عندما يتم إزالتها من بعض الجليد وإضافتها إلى جليد آخر عندما تصطدم الجسيمات ببعضها البعض.
- يتم فصل الشحنات الموجبة (+) والسالبة (-) في السحابة.
- يتم شحن الجزء العلوي من السحابة بشكل إيجابي بينما يتم شحن قاعدة السحابة بشكل سالب.
أمّا عن آلية تشكيل صاعقة البرق فتكون كما يلي:
- بسبب تجاذب الأضداد، تسعى الشحنة السالبة في أسفل سحابة العاصفة إلى الاتصال بالشحنة الموجبة للأرض.
- عندما يكون حجم الشحنة السالبة في قاعدة السحابة كافياً، يبدأ تدفق شحنة سالبة نحو الأرض.
- تنجذب الشحنات الموجبة نحو الأرض، مما يؤدي إلى تدفق الشحنة الموجبة نحو الأعلى من الأرض.
- عندما تصل الشحنة الموجبة، يتم نقل تيار كهربائي قوي إلى السحابة، ويُعرف هذا التيار الكهربائي بضربة العودة، وهذا ما نراه في شكل وميض صاعقة برق.
بينما يتشكل الرعد على النحو التالي:
- تحدث العواصف الرعدية عندما ترتفع طبقات الهواء الدافئ الرطب بسرعة كبيرة في حركة صاعدة إلى مناطق أكثر برودة في الغلاف الجوي.
- تتكثف الرطوبة في التيار الصاعد لتشكيل السحب التراكمية الشاهقة، وفي النهاية يحدث هطول الأمطار.
- يتم إنتاج موجات صاعقة من البرق، وتُسمع هذه الموجات ويتكون منها صوت الرعد.
- في بعض الأحيان تكون هناك دوامات هوائية قوية تتركز أثناء العواصفالرعدية، وقد تكون قوية بما يكفي لتشكيل الأعاصير.
على الرغم من رؤية وميض البرق قبل سماع الرعد، إلا أن هناك أسباب أخرى لظهور الرعد والبرق في نفس الوقت تقريبًا، حيث ينتقل الضوء بكثير من الصوت بسرعة، ولذلك يحدث البرق والرعد في نفس الوقت علميًا، بالرغم من أن كل منهما يحدث بنفس آلية.