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行雷閃電有幾遠

2015/6/15 — 9:54

JD Hancock / flickr

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慕尼黑有一樣痴孖根嘅事,就係本來天清氣朗,突然就會行雷閃電一嘢轟落去,問你死未。其實毒 L 一個出街,唔帶遮是常識吧。究竟我仲有幾多時間走去避雨呢?

其實我們是可以很簡單地計算出行雷閃電距離我們有多遠的。首先,說一點關於行雷閃電的科學吧。

上升氣流會造成積雨雲。雨雲產生的時候,由於雲裡面的水份子互相摩擦,所以就會產生靜電。當靜電積蓄到一個程度,其所產生的電場太強,原本不會通電的空氣就會突然變成導電體,電子就會在空氣中流動,產生強大的電流。 這個電流的能量非常高,所以會把四周的空氣加熱,使其發光,即是我們說的閃電。而突然被加熱了的空氣會急速膨脹,膨脹的速度比音速更快。以超音速膨脹的空氣就會產生衝擊波,衝擊波會把空氣的動能變成聲音釋放出去,亦即是我們說的行雷。

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另外,有一個小小的冷知識,就是其實閃電不單止會出現在雲與地面之間,也經常會在雲與雲之間發生。如果你是飛機師,應該就會經常看到雲之間的閃電了。

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那我們可以如何計算閃電距離我們有多遠?只需要知道速度 = 距離 / 時間就可以了!把速度和時間交叉相乘,就有時間 = 距離 / 速度。現在我們把光速叫做 c、音速叫做 u、閃電的位置與我們的位置的距離叫做 D,就會有

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其中 T(光) 和 T(音) 分別是閃電發出的光線和行雷的聲音傳送到我們處所需的時間。因為光線比聲音跑得快,所以 T(光) 比 T(音) 的時間短。因此

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ΔT 就是我們看見閃電之後,再聽到雷聲之間的時間差。下一次我們看見閃電後,立即心算「一秒、兩秒、三秒……」直到聽見雷聲為止,就是 ΔT 了。

最後,因為 c 比 u 快非常非常非常多,所以 1/u 比 1/c 大非常非常非常多,所以 (1/u – 1/c) 可以當作 1/u,把 1/c 忽略不計。這樣做絕對沒有問題,不會造成任何明顯的誤差,因為誤差只有百萬分之一左右,我們心算 ΔT 時候的誤差比它大得多了。因此,我們就發現,原來計算閃電位置距離的方法非常簡單:

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假設我們看見閃電後三秒才聽見雷聲,由於音速大約為每秒 340 米,所以閃電的位置距離我們就是 D = 340 x 3,即差不多 1000 米了。(當然這是直線距離,不要忘記雲在天上,所以打橫距離比 1000 米更短。而且,有時候行雷閃電不一定會下雨。) 仲計數?買埋個 M 記返屋企 (自己一個) 睇雷神吧啦。

原刊於作者博客

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