Молния - Юман М.
Скачать (прямая ссылка):
Виенема [47- 49], Брукс [13], Кейв [14], Пейдж [32] и Тальярд [45],
6.3. Гипотезы и теории
253
С другой стороны, Оулт [6], капитан исследовательского судна "Карнеги",
сообщил, что гроза на озере перестает быть слышимой на расстоянии
примерно 8 км.
Флигль [19] предположил, что гром не слышен далее 25 км в результате
изгибания кверху звуковых лучей, вызываемого наличием градиента
температуры и сдвига ветра. Поскольку скорость распространения звука
пропорциональна корню квадратному из температуры, а температура обычно
падает с высотой, то, согласно закону Снеллиуса, звуковые волны будут
изгибаться вверх. Флигль показал, что при линейном градиенте температуры
с высотой звуковые лучи, исходящие из канала и в некоторой точке
становящиеся перпендикулярными к поверхности земли,' описывают
траектории, близкие к параболической. Для типичной скорости падения
температуры 7,5 К/км звук, который зарождается на высоте 4 км, имеет
максимальный интервал слышимости 25 км, если пренебречь сдвигом ветра.
Иными словами, звуковые волны, распространяющиеся с высоты 4 км,
становятся перпендикулярными к земной поверхности на расстоянии 25 км от
канала разряда. Все звуки, возникшие на высоте ниже 4 км, не будут слышны
на расстоянии 25 км; напротив, звуки, возникшие выше 4 км, будут слышны.
Флигль показал, что сдвиг ветра, т. е. изменение скорости ветра с
высотой, может вызвать преломление грома, которое по порядку величины
близко к преломлению, вызываемому градиентом температуры. Звуковые лучи
могут преломляться вверх или вниз в зависимости от соотношения
направлений распространения ветра и звука. Сдвиг скорости ветра 4 м/с на
1 км может привести к траектории звукового луча, почти эквивалентной
траектории, которая возникает при градиенте температуры 7,5 К/км.
Флигль предупреждает, что кроме падения температуры с высотой и сдвига
ветра на слышимость грома могут влиять и другие факторы. Например,
область температурной инверсии будет увеличивать интервал слышимости;
особенности местности, которые мешают горизонтальному распространению
критических звуковых лучей на последних нескольких километрах их пути,
будут уменьшать интервал слышимости грома.
254
6. Гром
Следует полагать, что основание канала молнии является мощным источником
звука, поскольку именно оно выглядит наиболее ярким на фотографиях
канала. Вероятно, сильный удар грома, слышимый на расстоянии 100 м или
менее от разряда молнии, порождается сильной звуковой волной от основания
канала, когда же наблюдатель находится в километре от канала, то
начальный громкий удар преломляется на некоторой высоте, и разряд
сопровождается рокотом.
Рассмотрим теперь частоты колебаний грома. Мы видели в разд. 6.2, что
существует определенная разница между результатами различных
исследователей относительно преобладающей частоты (или частот),
присутствующей в громе. Согласно Шмидту [42], Арабаджи [1, 2] и Бартенду
[8], наибольшая энергия грома приходится на инфразвуковую область частот
~1 Гц, в то время как Лесом [24] и Фью и др. [18] получили, что
преобладающая частота находится в районе 100 Гц. Шмидт не проводил
измерений абсолютного давления грома в области слышимости, а пришел к
своему выводу на основе измерений изменений давления в инфразвуковой
области и сравнений их с изменениями давления от обычных источников
громких звуков. Поскольку Фью и др. [18] и Бартенду [8] измерили более
сильные изменения давления в звуковой области, чем Шмидт в инфразвукой,
выводы Шмидта, по-видимому, неверны. Более того, как отмечалось в разд.
6.2, имеются определенные сомнения в правильности интерпретации Шмидтом
своих данных. Арабаджи [2] сообщил, что он провел измерения абсолютного
давления как в инфразвуковой, так и в звуковой областях и что
преобладающие частоты лежали в инфразвукой области. Он не сообщил
подробностей, подтверждающих это утверждение. Бартенду [8] привел данные
относительно абсолютного давления грома в звуковой области, но не привел
данных для инфразвуковой. Справедливость его утверждения, что
преобладающая энергия грома приходится на инфразвуковую область, требует
подтверждения. Доказательства, что изменения давления, вызванные громом,
приходятся главным образом на частоты вблизи 100 Гц, получены на
основании данных Лесома [24], на основании двух независимых исследо-
6.3. Гипотезы и теории
255
ваний, проведенных Фью и др. [18], и на основании теории, описанной в
разд. 6.3.1. Следовательно, вполне вероятно, что преобладающая частота
грома действительно находится близ 100 Гц.
Как отметили Фью и др., для того чтобы ударная волна, испускаемая
каналом, создавала преобладающую часто-ту в 1 Гц, радиус, при
котором^ударная волна должна выродиться в звуковую волну, должен
составлятьЧЖГм. В этом случае начальная энергия должна составлять ~5,5 -
108 Дж/м, что на три порядка больше, чем получено из других оценок (разд.
7.3.3).
В акустическом спектре, приведенном на рис. 6.8, заметно резкое
