Механика (нет в… — Задание 21 ЕГЭ по физике №00016533

Что происходит

Во время грозы наблюдатель сначала видит вспышку молнии, а лишь через несколько секунд слышит гром. Причём гром слышен не как одиночный хлопок, а как протяжные раскаты, «расходящиеся» от середины молнии к её краям.

Почему (законы)

Почему молния видна сразу, а гром — позже? Потому что молния — это электрический разряд, который сопровождается мощной световой вспышкой и ударной волной воздуха (громом). Скорость света в воздухе составляет около $c \approx 3 \cdot 10^8$ м/с, то есть практически мгновенно доходит до наблюдателя. Скорость звука в воздухе при обычных условиях около $v \approx 340$ м/с — примерно в 900 000 раз меньше. Поэтому световой сигнал приходит к наблюдателю практически без задержки, а звуковой — с заметным опозданием: примерно 3 секунды на каждый километр расстояния до молнии.

Почему раскаты «расходятся» от середины? Молния — это длинный канал разряда, протяжённость которого может составлять несколько километров. Разные точки этого канала находятся на разном расстоянии от наблюдателя. Звук от ближайшей части молнии (середины, которая визуально «посередине» от наблюдателя) достигает уха раньше, чем звук от более далёких концов. В итоге наблюдатель слышит сначала хлопок от ближнего участка, а затем раскаты от всё более удалённых участков канала — звук как бы «разбегается» во времени от центра к краям.

Итог. Молния видна мгновенно (скорость света $\approx 3 \cdot 10^8$ м/с), гром — с задержкой (скорость звука $\approx 340$ м/с). Раскаты возникают потому, что длинный канал молнии создаёт звук одновременно по всей длине, но до наблюдателя звук от разных участков приходит в разное время — сначала от ближних, потом от дальних.