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Il muggito primordiale del tuono è uno degli elementi più familiari e impressionanti del panorama sonoro del nostro pianeta - e abbastanza da spaccare le orecchie a distanza ravvicinata da più di pochi cani, bambini e, sì, persino adulti che si affrettano a cercare riparo.
L'ampia gamma di parole che usiamo per descrivere i suoni del tuono - boom, crack, clap, roll, peal, rombo, brontolio, ruggito - riflette il fatto che ciò che sentiamo produrre un fulmine varia in volume, nitidezza e durata.
I diversi suoni sono dovuti alla nostra posizione in relazione al fulmine in questione e all'effetto della densità dell'aria, degli oggetti e di altri fattori fisici.
La causa del lampo
La scarica elettrica chiamata fulmine si verifica nei temporali grazie al tumultuoso movimento dell'aria che si verifica al loro interno. Cristalli di ghiaccio e fiocchi di neve ghiacciati chiamati graupel si scontrano l'uno con l'altro all'interno della nube temporalesca (cumulonembo), causando una carica positiva dei cristalli e una carica negativa del graupel.
Gli aggiornamenti apportano i cristalli di ghiaccio nella corona del tuono mentre il graupel più pesante si concentra negli strati medio e inferiore, il che significa che la parte superiore della nuvola ora elettrificata sviluppa una carica positiva e quella inferiore una negativa.
La tensione si accumula tra aree caricate in modo opposto, causando fulmini all'interno della thunderhead e tra le nuvole. Questi scarichi in-cloud e cloud-to-cloud rappresentano la maggior parte dei fulmini in una tempesta, ma si verificano anche attacchi da nuvola a terra.
Ciò accade perché cariche simili si respingono a vicenda, il che significa che la parte inferiore della nube temporalesca carica negativamente sposta le cariche negative dal terreno sottostante attirando cariche positive.
L'aria in mezzo inizialmente si isola dalle scariche elettriche, ma una volta che la tensione si accumula abbastanza, un flusso iniziale di cariche negative - il capo pilota - scorre dalla pancia della nuvola a terra. Mentre il flusso continua, i canali per il movimento delle particelle cariche si sviluppano tra la nuvola e il terreno sotto forma di leader a gradini.
Il corsa di ritorno è la potente ondata di corrente dalla terra alla nuvola lungo questi canali, che produce il lampo ardente che vediamo come un fulmine.
La fonte del tuono
Lo scarico della corsa di ritorno riscalda l'aria attorno al canale di tensione a circa 50.000 gradi Fahrenheit. Questo riscaldamento estremamente rapido crea una violenta espansione dell'aria che si diffonde verso l'esterno dal fulmine come un'onda d'urto. Quell'onda d'urto esplosiva e la conseguente compressione producono il suono di un tuono.
Poiché la velocità della luce è più veloce della velocità del suono, vediamo il bagliore del lampo prima di sentire il tuono risultante; l'intervallo tra il flash e il braccio rappresenta la distanza dell'osservatore dal fulmine. Ogni cinque secondi che puoi contare tra il fulmine e il tuono rappresenta circa 1 miglio.
Tuono d'applauso e di rotolamento
In genere puoi sentire un tuono da una tempesta entro circa 15 miglia dalla tua posizione, a volte più lontano. Un fulmine nuvola-terra che si scarica abbastanza vicino a te produrrà un forte applauso o un crepitio di tuono mentre l'onda d'urto sonora forte dalla parte del fulmine più vicina alla tua posizione ti raggiunge per prima.
Un tuono tirato e calante si attenua mentre l'orecchio registra onde d'urto da parti più alte e più distanti del canale del bullone.
Le fluttuazioni di volume del tuono che rotolano possono essere dovute allo zigzag e alla forma spesso biforcuta di un bullone, alle differenze di densità dell'aria lungo il canale del fulmine per lo più verticale e alle onde sonore che rimbalzano su nuvole, montagne e altri ostacoli - una combinazione di suono offuscato e distorto dalla distanza così come echi.
Se sei a una certa distanza da un temporale, potresti sentire solo tuoni lancinanti o fragorosi. Puoi vedere un fulmine, ma è troppo lontano per sentirlo come spesso viene chiamato il tuono lampo di calore, sebbene sia certo che sta ancora facendo rumore.