Hiện tượng sấm chớp – 10 vạn câu hỏi vì sao?

Hiện tượng sấm chớp – 10 vạn câu hỏi vì sao?

Vì sao luôn nhìn thấy chớp trước rồi mới nghe thấy tiếng sấm?

Vào mùa hè thường xuất hiện chớp và sấm, trong cơn dông, điện trường giữa hai khu vực mang điện tích dương và điện tích âm trong những đám mây lớn đến một mức độ nhất định, hai loại điện tích trong quá trình phát triển sẽ phát ra tia lửa, hiện tượng này gọi là hiện tượng tia lửa phóng điện. Khi tia lửa phóng điện phát ra tia sáng cực mạnh, mà trên đường tia sáng này sinh ra nhiệt độ cao, làm cho không khí xung quanh chịu nhiệt lớn và phình ra, hạt mây cũng nở phình ra do nhiệt độ quá nóng, tạo ra âm thanh vang mạnh, ánh sáng mạnh như vậy chính là chớp, và âm thanh vang dội chính là tiếng sấm.

Chớp và sấm phát sinh ra vào cùng một lúc, nhưng tại sao chúng ta thường nhìn thấy chớp trước sau đó mới nghe thấy tiếng sấm? Đó là bởi vì tốc độ truyền của ánh sáng nhanh hơn nhiều so với tốc độ truyền của âm thanh. Trong không khí, mỗi giây ánh sáng đi được 30 vạn km, tương đương chạy 7,5 vòng quanh xích đạo trên Trái đất. Tốc độ của âm thanh trong không khí chỉ đi được 340 m / s, bằng 1 / 900.000 lần so với tốc độ của ánh sáng. Thời gian tia sáng phát sinh từ chớp truyền đến mặt đất không đến một phần vài chục vạn giây; thế nhưng âm thanh cùng chạy với cự ly như vậy cần phải có thời gian dài hơn. Theo những hiểu biết thông thường, chúng ta có thể lợi dụng khoảng cách thời gian từ khi nhìn thấy chớp đến khi nghe thấy tiếng sấm để có thể tính ra nơi phóng điện cách chúng ta bao xa.

Đôi khi chúng ta chỉ nhìn thấy chớp mà không nghe thấy tiếng sấm, chính là vì tầng mây phóng điện cách chúng ta quá xa, hoặc do âm thanh phát ra không đủ độ vang. Chính vì khi âm thanh truyền trong không khí thì năng lượng của nó đã giảm đi nhiều, đến cuối cùng không còn nghe thấy tiếng sấm nữa.

Mặc dù trong không trung cứ một lần có chớp là một lần có sấm kèm theo nhưng tại sao thỉnh thoảng chúng ta vẫn chỉ nhìn thấy một tia chớp nhưng lại nghe thấy tiếng sấm ầm ầm không dứt, vang hồi lâu mới ngừng?

Nguyên là do tia chớp trong không trung thường rất dài, có những tia chớp dài đến 2 ~ 3 km, thậm chí có tia còn dài đến 10 km. Do khoảng cách từ các phần trên tia chớp so với chúng ta hoàn toàn không giống nhau, cho nên thời gian tiếng sấm truyền âm thanh đến tai chúng ta cũng vang tiếng trước tiếng sau. Mặt khác, tia chớp không chỉ phát sinh một lần rồi dừng lại mà hầu như trong một thời gian ngắn liên tiếp hàng chuỗi tia chớp xuất hiện, vậy thì tiếng sấm của đợt chớp phóng điện đầu tiên chưa dứt thì lại đến lượt tiếng sấm của đợt chớp phóng điện thứ hai, thứ ba, những âm thanh đó liên tiếp lẫn vào nhau tạo nên chuỗi âm thanh sấm vang mà chúng ta vẫn thi thoảng nghe thấy.

Ngoài ra, khi tiếng sấm gặp phải mặt đất, nhà cao tầng, núi cao hoặc tầng mây trên bầu trời, đều phát sinh hiện tượng phản xạ, tạo ra âm thanh phản hồi. Thời gian những âm thanh phản hồi này truyền đến tai chúng ta cũng không đồng nhất, chính vì thế hình thành nên chuỗi tiếng sấm. Thỉnh thoảng do vài nguyên nhân kết hợp lại tạo nên những chuỗi âm thanh ầm ầm không dứt, thậm chí đôi khi có thể kéo dài đến một phút mới ngừng.

Tia chớp vì sao có hình dạng giống như “cây khô treo ngược”?

Khi mây mưa xuất hiện, tầng mây mang điện âm, cảm ứng mặt đất mang điện dương, tia chớp đầu tiên xuất hiện mang điện âm từ trên đám mây hướng xuống mặt đất gọi là “tia chớp tiên dẫn”, nó phát huy tác dụng sinh ra tia chớp. Tia chớp dẫn điện này khi phát ra tia chớp không hề thuận buồm xuôi gió. Trước tiên, nó tiến theo hướng khu vực mang điện tích dương mà phân bố hỗn loạn trong không gian phía dưới của tầng mây. Những điện tích dương trong không gian này là loại điện tích cảm ứng của mặt đất tích tụ với mật độ tương đối dầy đặc trên vật thể nhọn, chúng tiến vào bầu khí quyển do tự bài trừ lẫn nhau, mang vào tầng không khí thấp những dòng khí hỗn loạn do chịu áp lực tầng mây dông và phân bố không đồng đều. Tia chớp tiên dẫn thường tiến vào khu vực điện tích dương ở không gian phụ cận. Nếu như ở khu vực phụ cận có hai hay nhiều vùng không gian mang điện tích dương thì tia chớp tiên dẫn liền xuất hiện hiện tượng phân nhánh. Nói chung tia chớp tiên dẫn rất dễ thông qua tầng không khí ẩm ướt mà không dễ thông qua tầng không khí khô hanh. Do vậy, con đường đi của nó tránh chỗ khô gặp ướt, nó đi qua khu điện tích dương bằng con đường khúc khuỷu, rồi lại đi đến khu điện tích dương khác ở phía dưới. Ở một vài vị trí phân nhánh, nó tiến đến những khu vực nào thì mang điện tích âm đến khu vực đó, như vậy, xuất hiện tia chớp tiên dẫn trông giống như là “cây khô treo ngược”. Điều đó cho thấy tia chớp tiên dẫn là tia chớp mà phải “đạp bằng chông gai, nếm muôn vàn khó khăn” mới hình thành. Nhưng loại tia chớp như vậy không phải là tia sáng mạnh. Điểm đầu tiên của tia chớp dần dần vươn thẳng xuống cho đến gần mặt đất, điện tích dương của vật thể nhọn ở phía dưới mặt đất nhận lực hút của điện tích âm ở đầu nhọn của tia chớp tiên dẫn, men theo tia chớp tiên dẫn mà tiến về phía dưới của đám mây, nó gặp điện tích âm vốn có của tia chớp và phát ra ánh sáng rất mạnh. Đó là tia chớp mà chúng ta nhìn thấy. Do đường của nó là con đường cũ của tia chớp tiên dẫn nên tia chớp phát ra ánh sáng cũng luôn hiện ra hình dạng của cây khô treo ngược, loại tia chớp này còn gọi là tia chớp phản hồi.

Khi tia chớp tiên dẫn phát xuống mặt đất, điểm mà nó đánh xuống thường xuất hiện tia chớp dạng hình cầu. Đó là quả cầu mang điện tích với đường kính khoảng 10 – 20 centimet, nó rất nhẹ, có thể di chuyển theo gió, có thể sau khi co lại xuyên vào khe cửa, rồi lại phục hồi hình dáng ban đầu là hình cầu. Nó rất thích di chuyển cùng dòng điện, ống nước, không khí nóng, khi di chuyển thường tạo ra âm thanh vù vù. Lúc bình thường nó có màu hồng hoặc màu hơi vàng, cũng có lúc mang màu lam trắng hoặc màu đỏ nhạt. Ở phía Bắc của tỉnh Giang Tô có một năm mọi người đã từng nhìn thấy, một lần khi tia chớp phát ra có một tia chớp phát rất nhanh, khuất sau bụi cỏ, sau sự việc đó, phát hiện ở đó có một đám cỏ bị thiêu cháy. Ở vùng Thượng Hải, trong một lần tiếng sấm nổ vang trời phát hiện có một quả cầu lửa từ cửa sổ phía Bắc tầng hai của phòng mới xây vào trong nhà kính, men theo bức tường bị cháy xém, phát ra tiếng nổ to, và lập tức mất đi ở góc bên trái của cửa sổ để lại một lỗ thủng khoảng 20 centimet, quả cầu lửa này chỉ là một tia chớp hình cầu.

Hiện nay con người vẫn chưa xác định được nguyên nhân xuất hiện tia chớp hình cầu, có mấy chục quan điểm, chẳng hạn như có người cho rằng nó xuất hiện ở những chỗ gấp khúc của tia chớp, có người cho rằng xuất hiện ở chỗ mà tia chớp đánh vào. Sự hình thành của nó có liên quan tới nhiệt độ cao hàng vạn độ trong tia chớp. Nó có thể chuyển động, thành phần của nó chỉ là một vài loại ion dương, ion âm, cũng có người từng thử nghiệm bằng quả cầu tự tạo, nhưng đối với vấn đề này còn cần phải nghiên cứu sâu thêm.

Vì sao xuất hiện chớp dạng hình cây và hình cầu?

Vào lúc chạng vạng tối của mùa hè, đám mây hồng đi qua làm nóng mặt đất, cộng thêm tác dụng tiềm nhiệt của hơi nước đóng băng lan rộng rất cao và dầy, mây uốn như cây cổ thụ già muôn hình muôn vẻ xuất hiện nhiều ở những bộ phận lồi của vật thể. Ở khu vực mà ánh sáng Mặt trời chiếu đến thì có màu hồng sẫm, những bóng râm mà Mặt trời không chiếu đến được thì cảnh sắc màu âm u và xám xịt. Trên biên các đám mây, có những vệt mưa nối tiếp chân trời. Trên đỉnh những đám mây có khói mây nhỏ màu vàng đỏ trải ra trên bầu trời. Trong đám mây có tia chớp xuất hiện rõ rệt, tia chớp xuyên qua đám mây như là con rắn bạc, khi ánh sáng tia chớp phát quang, đám mây đen đột nhiên hồng lên như là thanh sắt vừa mới lấy ra khỏi lò luyện.

Vì sao sét hay đánh vào vật thể cao chót vót đứng đơn độc?

Tầng mây thấp trong các đám mây giông thường mang điện. Loại điện năng này thường gây cảm ứng cho mặt đất, đồng thời làm cho mặt đất sản sinh ra loại điện tích khác với tính chất của dòng điện trong tầng mây thấp. Điều đó có nghĩa, tầng mây thấp nếu tích điện dương thì mặt đất lại mang điện âm; ngược lại nếu tầng mây thấp mang điện âm thì mặt đất mang điện dương. Mặt đất mang loại điện tích này gọi là “điện tích cảm ứng”.

Loại điện tích cảm ứng này trên một phạm vi nhỏ thường mang tính chất giống nhau, chẳng hạn đều mang điện dương, hoặc đều là điện âm. Dòng điện cùng một tính chất thường bài xích nhau. Kết quả của sự bài xích nhau khiến cho điện tích trên mặt đất phân bố lại từ đầu. Lực bài xích này ven theo sự phân lực của phương hướng mặt đất, ở những nơi mặt đất ghồ ghề thì sự phân lực thường nhỏ hơn ở những vùng đất bằng phẳng, vì thế điện tích thường dịch chuyển đến những nơi mặt đất ghồ ghề gấp khúc. Từ đó suy ra, ở những vùng đất ghồ ghề gấp khúc, mật độ điện tích nhiều hơn và dầy đặc hơn.

Những vật thể cao chót vót mang điện tích cảm ứng nhiều hơn mặt đất, có khả năng hút sóng điện mạnh hơn, vì thế nó hút tia điện một cách dễ dàng.

Chính vì như vậy, khi trời mưa, chúng ta không nên đứng trú mưa dưới những vật thể cao như cột cờ, cây cao, tháp nhọn, cột điện v.v… bởi vì tia sét rất thích những nơi đó.

Thế nhưng người ta cũng thường lợi dụng đặc tính của những vật thể cao chót vót, để bảo vệ các toà nhà tránh được sét đánh, chính là lắp đặt cột chống sét.

Cột chống sét chính là các thanh kim loại nằm trên đỉnh các toà nhà cao, phần dưới nối tiếp với mặt đất. Nó sẽ hút tất cả tia sét mang điện, coi là đường dẫn điện, cho dòng điện chạy qua nó và truyền xuống dưới lòng đất. Như vậy, tia sét đánh vào toà nhà cao thường bị chặn lại và không thể đánh trúng mục tiêu.

>> Xem thêm :  Tiếng hát từ sa mạc do đâu? – 10 vạn câu hỏi vì sao?