4.8.10

Dlaczego pioruny są powyginane?


Gdy to piszę za moim oknem zaczyna się burza. Ciemne chmury zakryły niebo, zerwał się wiatr, słychać pierwsze grzmoty. Czekam jeszcze na deszcz i błyskawice. Taka sceneria doskonale nadaje się, by wreszcie odpowiedzieć na pytanie Kacpra, nad którym męczę się już dobrych kilka tygodni. Ale już wiem! Udało się! Hura!
Pytanie pojawiło się jakiś miesiąc temu. Niebo za oknem wyglądało podobnie jak dziś. Tyle że burza była wówczas jeszcze większa. Od grzmotów drżały szyby w oknach, a błyskawice przecinały niebo żółtymi zygzakami. Właśnie: ZYGZAKAMI. I to zaintrygowało bardzo mojego synka.
- Tato – zapytał – a dlaczego pioruny są takie powyginane, a nie proste? I co to w ogóle są te pioruny? Skąd się biorą?
Oj, synuś... Ale dobrze. Zacznijmy od burzy. A raczej od ciężkich, burzowych chmur. Jak już tu kiedyś pisałem złożone są one z drobnych kropelek wody lub kryształków lodu. Jeśli chmura jest duża, pomiędzy jej składnikami przeskakują ładunki elektryczne. Wciąż nie ma całkowitej pewności, jak to dokładnie się dzieje. Być może w wyniku tarcia o siebie kropelek wody i kryształków lody – na tej samej zasadzie, jak elektryzuje się pocierany balon czy bursztyn. Tarcie między składnikami chmury zwiększają zaś gwałtowne wiatry czy zderzenie ciepłego powietrza z zimnym. Niezależnie jednak z jakiej przyczyny by się to nie działo, w efekcie część składników chmury ładuje się dodatnio, a część ujemnie. Ujemnie naładowane elementy przemieszczają się zaś w dolną część chmury, a naładowane dodatnio – w górną. A – że przypomnę – odmienne ładunki się przyciągają. Początkowo nic z tego nie wynika. Przed połączeniem się ich chroni warstwa powietrza. Stopniowo jednak ilość cząsteczek naładowanych elektrycznie rośnie. W końcu jest ich tak dużo, że już nic nie potrafi ich powstrzymać przed połączeniem się. Nagłym rzutem przemieszczają się tworząc piorun. Przy czym ujemne ładunki są wielokrotnie szybsze od dodatnich. Dlatego to, co widzimy jako błyskawicę, jest właśnie strumieniem ujemnych ładunków, czyli prądem elektrycznym.
Takie wyładowanie może mieć miejsce wewnątrz chmury, między chmurami oraz między chmurą a ziemią. Cząsteczki, które gnają na swoje spotkanie, wybierają drogę najłatwiejszą. Ale uwaga! Najłatwiejsza droga wcale nie jest drogą najprostszą! Na przeszkodzie stoją przecież zarówno cząsteczki powietrza jak i kropelki wody czy kryształki lodu. A ponieważ nie są one rozłożone równomiernie, piorun omija ich większe skupiska, lecąc tam, gdzie jest ich mniej. Dodatkowo cząsteczki w powietrzu mogą być obojętne elektrycznie, naładowane ujemnie lub dodatnio. Pioruna, który jest strumieniem ujemnych ładunków, przyciągają ładunki dodatnie a odpychają ujemne. To kolejny powód, dla którego jego droga raz po raz zakręca. W ostateczności to, co widzimy, czyli błyskawica, nie dość, że się „wygina”, to również rozdwaja, roztraja, rozgałęzia, a czasem znów się łączy. Widać to dobrze na filmiku, który zamieściłem na górze strony.
Wewnątrz pioruna jest straszliwie gorąco. Temperatura może dojść do blisko 30 tys. stopni Celsjusza – kilkakrotnie więcej niż na powierzchni Słońca (ale o wiele mniej niż w jego wnętrzu). Jeśli tak wielki żar trafi w drzewo, rozgrzewa jego wnętrze tak, że pień rozrywa się na kawałki. Czasem może się zapalić, co staje się początkiem pożaru.
Jeśli piorun trafi w człowieka, to… no, nie będę straszył. W każdym razie to bardzo, bardzo niebezpieczne. Dlatego w czasie burzy trzeba uważać, by nie zostać rażonym piorunem. Przede wszystkim należy omijać samotne drzewa, wszelkie zbiorniki wodne, wysokie maszty, większe elementy metalowe czy szczyty gór. Samotny człowiek w pozycji stojącej na płaskim terenie też może przyciągać pioruny. Dlatego – jeśli nie mamy gdzie się skryć – dobrze jest przykucnąć, podciągnąć kolana i przysunąć stopy do siebie. Najlepiej jednak schować się w domu lub w samochodzie. Co prawda piorun może też uderzyć w budynki, wywołując pożar. Na szczęście większość z nich ma dziś piorunochrony – specjalne urządzenia, które odprowadzają cały ten burzowy prąd. Dzięki temu nawet jeśli piorun uderzy w budynek, nie uczyni mu żadnej szkody. Ludzie wewnątrz mogą czuć się w pełni bezpieczni.
- Tato, a nasz blok ma piorunochrony? – spytał Kacper po wysłuchaniu tych wyjaśnień.
- Chyba tak.. – odparłem niepewnie, ale widząc jego wystraszoną minę zaraz się poprawiłem: - Tak! Oczywiście, że tak!

Dziękuję Tomkowi Rożkowi, fizykowi i dziennikarzowi, za pomoc w znalezieniu poprawnej odpowiedzi na trudne pytania Kacpra. Muszę się też zastrzec, że mój opis pioruna i przyczyn powstawania jego „powyginanych” kształtów jest uproszczeniem. Kto by chciał poznać więcej szczegółów, zachęcam do zajrzenia na stronę Komonews.com, Discovery Discovered oraz polskiej Wikipedii. Polecam też książkę Hansa Häckela „Pogoda i klimat”, z której zaczerpnąłem część informacji.

5 komentarzy:

borzecka pisze...

Muszę przyznać, że nie wiedziałam tak dużo na temat piorunów aż do tej pory.

Mariusz Sobierajski pisze...

A dlaczego magnes przyciąga się do metalu? Zapytał mój 7 letni syn Nikodem po przstudiowaniu ze mną (jak co wieczór) jednej z Pańskich opowiastek - dziś bylo o piorunach.
Dziękujemy i oczekujemy więcej więcej więcej o fizyce i świecie w ktorym rządzi. Tata Mariusz i dwóch Synów.

Wojciech Mikołuszko pisze...

Panie Mariuszu, cieszę się, że czyta Pan moją książkę z Synami. Proszę koniecznie ich pozdrowić i pogratulować ciekawości świata. Magnes to trudna sprawa, sam nie wiem, czy dobrze to rozumiem. O ile się zorientowałem to kwestia elektronów (maleńkich cząstek, które krążą wokół jądra atomu). Zazwyczaj występuję one w parach, w których każdy elektron kręci się (wiruje) w przeciwną stronę. W niektórych substancjach część elektronów nie ma jednak pary. One wirują tylko w jedną stroną, a wirując wytwarzają właśnie pole magnetyczne, czyli siłę przyciągania. To są bardzo małe siły, ale jak się doda je z wszystkich atomów, powstaje właśnie siła magnesu. Przyciąga on inne metale, które mają takie elektrony bez pary. Uff, to trudne, dokładniej opisane jest tutaj: http://science.howstuffworks.com/magnet3.htm
Pozdrawiam serdecznie i życzę sukcesów w edukacji Synów!

Kalina Nawrot pisze...

Bardzo interesujący post :)
onieruchomosciachconieco

tomcio pisze...

uwielbiam tu zaglądac :)