تسجيل الدخول

تسجيل

الرعد

المؤلف:  جيرل ووكر

المصدر:  سيرك الفيزياء الطائر

الجزء والصفحة:  ص483

2025-08-26

665

ما الذي يُسبب الرعد؟ ولماذا يمكن أن يتدرج صوته من صوت قعقعة مثير للأعصاب إلى صوت دوي هادر لا يتوقف؟

الجواب: المصدر الرئيسي لصوت الرعد هو الموجة الصدمية التي يحدثها البرق وهي عبارة عن تفريغ كهربائي. يسري التيار الكهربائي الهائل الذي يحدثه البرق بين السحب والأرض أو بين السحب وبعضها في قناة ضيّقة لا يتجاوز نصف قطرها بضع سنتيمترات. ينزع الحقل الكهربي الضخم الذي تُحدِثه الشحنات الموجودة على الأرض وفي السحاب الإلكترونات من جزيئات الهواء داخل هذه القناة، ثم يزيد الحقل الكهربي من سرعة الإلكترونات المحررة وتصطدم بجزيئات الهواء، وتنقل الطاقة التي اكتسبتها إلى الجزيئات. ونظرًا لحالة السخونة الشديدة التي يكون عليها غاز هذه الجزيئات (قد تكون درجة حرارته 30000 كلفن)، يتمدد الغاز. تحدث هذه العملية بسرعة بالغة بحيث تتمدد قناة الغاز الساخن في البداية بسرعة تفوق سرعة الصوت بكثير، وهو ما يُرسل موجة صدمية من تغيرات الضغط المفاجئة إلى الهواء المحيط وينتج صوت الرعد.

 إذا كنت تقف بالقرب من البرق فستسمع صوت فرقعة مرعبًا أثناء مرور الموجة الصدمية بجانب أُذنيك.  وإذا كنت بعيدًا، فستسمع صوت الجزء الأقرب من الصاعقة أولًا، ثم ستسمع صوت أجزاء الصاعقة الأعلى أو الأبعد منك. ولأنَّ الموجات الصوتية تكون قد انتشرت بالفعل، فقد لا يكون هذا الصوت المتأخر مرتفعًا بما يكفي ليفزعك. ستسمع أيضًا على الأرجح انعكاسات الصوت القادمة من التلال والمباني والأرض، وحتى من السحب، وهذه التأثيرات هي ما تتسبب في دوي الرعد بلا توقف.

قد تسمع نغمة موسيقية إذا كنت بالقرب من برق يتكون من العديد من عمليات التفريغ الكهربي السريعة فإذا كانت النبضات الصوتية الصادرة من عمليات التفريغ متقاربة جدًّا بعضها من بعض، فلن تُميز كلَّ واحدة منها على حدة، بل ستميزها الكهربي جميعها كجزء من نغمة موسيقية. على سبيل المثال إذا كان الزمن الفاصل بين النبضات المتتالية هو 0.001 ثانية، ستميز الصوت عند التردد 1/0.001 الذي يساوي 1000 هرتز.

إذا كان البرق على بعد حوالي عشرين كيلومترًا منك، فقد لا تسمع الرعد. تنكسر الموجات الصوتية أثناء انتقالها عبر الهواء ينحني مسارها بفعل الاختلافات في درجة حرارة الهواء (إذ يكون الهواء الأسخن أقل كثافةً من الهواء الأبرد، وهذا التغير في الكثافة هو ما يمكن أن يؤدي إلى انحناء المسار الذي يسلكه الصوت). نظرا لأن الهواء يكون عادة أكثر برودة عند مستوى السحب منه عند مستوى الأرض، فإن الصوت الذي ينتقل تجاهك آتيًا من البرق البعيد ينحني ويتجه بعيدًا عنك. ومع ذلك، في بعض العواصف الرعدية يكون الهواء الموجود بالقرب من الأرض أكثر برودة من الهواء الأعلى، وهو ما يعرف باسم «الانقلاب الحراري». يمكن أن يتعرض الصوت القادم من الصاعقة، والذي يكون متجها إلى أعلى في البداية إلى الانحناء إلى أسفل أثناء الانقلاب الحراري. والأسوأ من ذلك أنه هو في بعض الأحيان يمكن أن يتركز ويتجمع الصوت المنبعث من الأجزاء المختلفة للصاعقة ويتَّجه نحوك عندما يحدث ذلك أثناء الليل، قل وداعا للنوم لأنك ستظل مستيقظا ومختبنًا أسفل الأغطية خوفًا من الوحوش) حتى تمر العاصفة.

يمكن أن يكون بعض الصوت الناتج عن البرق دون الصوتي؛ أي يكون تردده منخفضًا للغاية بحيث لا تستطيع تمييزه سمعيًّا. يبدو أن مصدر الموجات دون الصوتية هو انهيار الحقل الكهربي وتوزيع الشحنة الكهربية في السحابة عندما تفقد السحابة فجأةً معظم شُحنتها الكهربية عند حدوث الصاعقة؛ إذ إنَّ قطرات الماء الموجودة في السحابة تكون مشحونة وتتنافر معا كهربيًّا. ولكن بمجرد أن تفرغ الصاعقة هذه القطرات وتزيل التنافر الكهربي المتبادل، تتحرك القطرات فجأة إلى الداخل لتتوزع بصورة أكثر إحكامًا. تنتج هذه الحركة المفاجئة اختلافات في ضغط الهواء تنتقل من السحابة إلى الأرض على هيئة موجات دون صوتية. يكون التردُّد الذي يبلغ حوالي واحد هرتز منخفضًا للغاية بحيث لا تستطيع تمييزه سمعيًّا، ولكنك قد تكون قادرًا على الشعور به، خاصة إذا كنت تقف أسفل السحابة مباشرةً. ومع ذلك، فإن وجودك هناك على الأرجح سيجعلك تولي قدرًا كبيرًا من الانتباه إلى الصاعقة القريبة أكثر من الانتباه لتمييز أي إحساس ضعيف ينتج عن الموجات دون الصوتية.