Desde el rayo al viaje del trueno En épocas invernales, o cuando se dan las circunstancias necesarias, ocurren una serie de fenómenos atmosféricos, siendo uno de ellos la caída de rayos. g g o g o .c .c l l el resplandor luminoso que provoca, que se llama relámpago, y el ruido que se produce, que se llama trueno. u . w w w w w w w w w .h .h v e v e rd rd d u u En la literatura relacionada con física, pero quizás no muy experta, es común que se diga que el ruido del trueno se propaga con la velocidad del sonido que existe en el lugar. Sin embargo, eso no es cierto y en dicha literatura se comete un error que puede perdurar en los aprendizajes de las personas, ya que se relaciona con un fenómeno que es parte de los conocimientos significativos que se adquieren con facilidad. Para entender dónde está el error, es necesario comprender primero el cómo se produce el ruido llamado trueno. Y aquí surge otro conocimiento que se transmite con cierta frecuencia: Thor: Dios del trueno “Que el ruido que sigue a la caída de un rayo es producido por el choque de las nubes que origina un rayo”, o algo similar, pero siempre referido a un choque de nubes. w w w w w w Entonces, ¿cómo se produce un trueno? . .h .h v v e e rd rd u g u g o .c o .c l l Las nubes son, en esencia, una gran cantidad de gotas de agua de tamaños micrométricos, y que al acercarse una a otra provoca una fusión entre ambas, es decir no ocurre un choque propiamente tal. Sin embargo, bajo ciertas condiciones, esta fusión puede provocar un fenómeno atmosférico conocido como “cumulonimbo”, y éste sí puede ser el origen de una tormenta, que puede incluir lluvia, rayos y otros fenómenos que muy bien explica la meteorología. w w Veamos su explicación, además de algunos datos referidos a los rayos. w o .c l Esa situación también es errónea, el trueno no se produce por colisión o choque de nubes. u g d i) ii) o .c l Cuando cae un rayo ocurren dos cosas muy llamativas: Como ya se mencionó antes, un trueno es una consecuencia de la ocurrencia de un rayo. Y un rayo es una descarga de tipo electrostática que ocurre especialmente cuando hay una tormenta eléctrica que, muchas veces, es Hernán Verdugo Fabiani Profesor de matemática y física www.hverdugo.cl 1 acompañada de lluvias, al menos así es en nuestro país. Es un fenómeno natural muy frecuente y que siempre ha existido en la Tierra. l l g o .c .c Hay básicamente tres tipos de rayos: los que van de una nube a la tierra, los que se dirigen desde la tierra a la nube y los que ocurren al interior de las nubes. u e v e rd rd d u u g g o o .c l La cantidad de energía involucrada en un rayo es muy grande, tan grande que podría equivaler a la cantidad de energía que en la Tierra se consume durante varios años. ¿Por qué no se utiliza entonces?, bueno, simplemente porque aún no existe la posibilidad de “atrapar” esa energía, almacenarla y luego ponerla a disposición de las necesidades energéticas de la humanidad. . w w w w ¿De qué está compuesto un rayo? Es plasma. Y también se puede agregar que es una corriente eléctrica a través de moléculas de aire, que se ionizan con su paso. w w w w w .h .h v En orden de frecuencia, los que más ocurren son los que ocurren al interior de las nubes, luego están los que se dirigen de las nubes a tierra y en menor medida ocurren los que ascienden desde tierra a las nubes. Los rayos no viajan en línea recta entre dos lugares, es característico en ellos su trayectoria zigzagueante o con ramificaciones. Un rayo, además, puede alcanzar una distancia que puede superar los 2 kilómetros. l .c e rd u g o El porqué ocurre un rayo no es materia de éste artículo, pero sí puedo mencionar que hay más de una hipótesis que explica su origen. Hernán Verdugo Fabiani Profesor de matemática y física www.hverdugo.cl v . .h 2 w w w w w El rayo, al desplazarse, calienta rápidamente al aire que está en su entorno, entonces, el aire con la gran temperatura que alcanza, por absorción de energía, se dilata también de manera muy rápida, w w w w .h v e rd d u g u g o o .c .c l l Una característica más de un rayo, y que resulta determinante para la ocurrencia de un trueno, es la alta temperatura que tiene. Rayos en la erupción del volcán Chaitén. 2008 Su temperatura puede alcanzar sobre los 25000 °C. Esta temperatura, entre otras cosas, es lo que hace que no sea posible su control y manipulación para usarlo como fuente de energía. expandiéndose en todas las direcciones a partir del lugar en que ocurre el rayo. Pero al ir expandiéndose se va encontrando con masas de aire frío, lo que le provoca el efecto contrario, es decir: una contracción. g o .c .c l l Y, aquí viene lo más interesante, y tal vez novedoso para más de alguien, el sonido del trueno no viaja como una onda sonora más, sino que viaja junto a la onda de choque. Y, una onda de choque puede alcanzar velocidades muy superiores a los 10000 m/s. Es decir sobre las 30 veces la velocidad del sonido en el aire. u w w w w w w w w w .h Ahora bien, considerando que el sonido viaja junto a la onda de choque, ¿es posible determinar la distancia a que ocurre un rayo, desde la posición de un observador que mide el tiempo que hay entre el relámpago y el trueno? Esto es lo que se propone en la literatura poco experta. . .h v e v e rd rd d u u g g o o .c l La ocurrencia de esa expansión y contracción de la masa de aire que rodea al rayo, es una onda de choque, y en el inicio de su surgimiento provoca un gran ruido, como una fuerte explosión, ese es el ruido conocido como trueno. No, no es posible utilizar el tiempo que hay entre el relámpago y la recepción del sonido del trueno por un observador. ¿Por qué? Hernán Verdugo Fabiani Profesor de matemática y física www.hverdugo.cl o g u . .h 3 w w w w w Dibujo que está en http://salonhogar.net/Enciclopedia/Naturaleza_y_rec ursos/Rayos_relampagos.htm w w w w .h v v e e rd rd d u g u g .c o .c l l Tarea para la casa: atrapar un rayo, almacenarlo y solucionar los problemas de energía de la sociedad actual. ¡Ah!, cuidado con quemarse al intentar atraparlo. o .c l Porque la velocidad de una onda de choque no es constante, como sí puede considerarse la velocidad del sonido, la onda de choque se inicia velozmente pero luego su velocidad disminuye. Disminuye hasta que la onda de choque es completamente absorbida por el aire donde se propaga, recién a partir de ahí puede utilizarse la velocidad del sonido en el aire.