Εκκένωση κεραυνού – Κατακόρυφο και πλάγιο κανάλι

Η βροντή δεν είναι ένας μόνο στιγμιαίος ήχος. Διαφορετικά τμήματα ενός εκτεταμένου καναλιού κεραυνού βρίσκονται σε διαφορετικές αποστάσεις από τον παρατηρητή, οπότε ο ήχος από αυτά φτάνει σε διαφορετικές χρονικές στιγμές.

Κατά τη διάρκεια μιας καταιγίδας ένας ακίνητος παρατηρητής Π βλέπει μια σχεδόν κατακόρυφη εκκένωση κεραυνού. Το φωτεινό κανάλι εκτείνεται από το σημείο Α, που βρίσκεται κοντά στο έδαφος, μέχρι το σημείο Β, ψηλότερα στην ατμόσφαιρα. Η οριζόντια απόσταση του παρατηρητή από το σημείο Α είναι (ΠΑ) = 2040 m, ενώ το σημείο Β βρίσκεται κατακόρυφα πάνω από το Α σε ύψος (ΑΒ) = 2720 m. Θεωρούμε ότι ο ήχος παράγεται πρακτικά ταυτόχρονα σε όλο το τμήμα ΑΒ του καναλιού και ότι διαδίδεται στον αέρα με σταθερή ταχύτητα  υ_ηχ = 340 m/s. Ο χρόνος διάδοσης του φωτός θεωρείται αμελητέος.

α) Πόσο χρόνο μετά τη λάμψη θα φτάσει στον παρατηρητή ο ήχος που προέρχεται από το σημείο Α;

β) Να υπολογίσετε την απόσταση (ΠΒ) και τον χρόνο που απαιτείται για να φτάσει στον παρατηρητή ο ήχος που προέρχεται από το σημείο Β.

γ) Πόσο χρονικό διάστημα μεσολαβεί μεταξύ της άφιξης των δύο ήχων;

δ) Ο παρατηρητής δεν ακούει έναν στιγμιαίο κρότο αλλά έναν ήχο που έχει κάποια χρονική διάρκεια. Να εξηγήσετε γιατί η μεγάλη και ελικοειδής διαδρομή ενός πραγματικού κεραυνού μπορεί να προκαλεί παρατεταμένη βροντή.

ε) Ο παρατηρητής βλέπει τη λάμψη του κεραυνού πρακτικά ακαριαία, αλλά ακούει τη βροντή αρκετά αργότερα. Να εξηγήσετε γιατί.

ΑΠΑΝΤΗΣΗ

Εκκένωση κεραυνού – Μέρος Β

Κεκλιμένο κανάλι και χρόνοι άφιξης της βροντής

Ένας ακίνητος παρατηρητής Π βρίσκεται στο έδαφος. Κατά τη διάρκεια μιας καταιγίδας βλέπει μια εκκένωση κεραυνού της οποίας το κύριο φωτεινό κανάλι προσεγγίζεται από το ευθύγραμμο τμήμα ΑΒ.

Το κάτω άκρο Α βρίσκεται στο έδαφος και απέχει από τον παρατηρητή Π απόσταση (ΠA) = 1700 m. Το άνω άκρο Β βρίσκεται 1224 m οριζόντια προς την πλευρά του παρατηρητή σε σχέση με το Α και 1632 m ψηλότερα από αυτό.

Θεωρούμε ότι ο ήχος παράγεται πρακτικά ταυτόχρονα σε όλα τα σημεία του καναλιού ΑΒ, ότι διαδίδεται με σταθερή ταχύτητα υ_ηχ = 340 m/s και ότι ο χρόνος διάδοσης του φωτός είναι αμελητέος.

α) Να υπολογίσετε την απόσταση (ΠΒ) του άνω άκρου Β από τον παρατηρητή.

β) Να υπολογίσετε το μήκος (ΑΒ) του καναλιού.

γ) Το Μ είναι το μέσο του ΑΒ. Να βρείτε τις συντεταγμένες του Μ ως προς τον παρατηρητή και να δείξετε ότι (ΠΜ) = 1360 m.

δ) Να δείξετε ότι η ΠΜ είναι κάθετη στο ΑΒ. Τι σημαίνει αυτό για την απόσταση του παρατηρητή από τα διάφορα σημεία του καναλιού;

ε) Από ποιο σημείο του καναλιού θα φτάσει πρώτος ο ήχος στον παρατηρητή και μετά από πόσο χρόνο από τη λάμψη;

στ) Από ποια σημεία του καναλιού θα φτάσει τελευταίος ο ήχος και μετά από πόσο χρόνο;

ζ) Ποια είναι, στο απλοποιημένο αυτό μοντέλο, η χρονική διάρκεια ανάμεσα στην άφιξη του πρώτου και του τελευταίου ήχου της βροντής;

η) Να εξηγήσετε γιατί στο κεκλιμένο κανάλι ο πρώτος ήχος δεν είναι υποχρεωτικό να προέρχεται από το σημείο του κεραυνού που βρίσκεται στο έδαφος.

ΑΠΑΝΤΗΣΗ