Chi non si è mai chiesto, durante un temporale, perché vediamo i fulmini prima di sentire il tuono? Il cielo si illumina in un lampo, e solo dopo qualche istante arriva quel caratteristico suono fragoroso. Ma cosa succede davvero? Perché luce e suono ci raggiungono in momenti diversi, pur nascendo dallo stesso evento?
Continua a leggere per scoprire la spiegazione fisica di questo fenomeno e imparare a calcolare la distanza di un temporale…
Per capire perché vediamo i fulmini prima del tuono, dobbiamo ricordare una differenza fondamentale tra luce e suono: la velocità con cui viaggiano.
La luce è un’onda elettromagnetica, cioè una perturbazione del campo elettrico e magnetico che non ha bisogno di un mezzo materiale per propagarsi: si muove anche nel vuoto, e alla straordinaria velocità di circa 300.000 chilometri al secondo.
In pratica, in un solo secondo, la luce potrebbe fare sette volte il giro della Terra.
Il suono, invece, è un’onda meccanica: ha bisogno di un mezzo, come l’aria, l’acqua o un solido per propagarsi.
Nel caso dell’aria, alla temperatura di circa 20 °C, il suono viaggia a circa 343 metri al secondo, un milione di volte più lenta della luce.
Questo significa che, mentre la luce percorre in un istante decine di migliaia di chilometri, il suono in un secondo copre appena un terzo di chilometro.
Ecco perché, quando osserviamo un fulmine, vediamo la luce quasi istantaneamente, ma il tuono arriva dopo: la luce ci raggiunge subito, mentre il suono impiega del tempo per percorrere la distanza che ci separa dal punto in cui è avvenuto il fulmine.
Osservando un lampo e misurando il tempo che passa prima di sentire il tuono, possiamo stimare la distanza del punto in cui il fulmine è caduto.
Come?
Il principio è semplice: il suono percorre circa 340 metri al secondo.
Quindi contando quanti secondi passano tra lampo e tuono, e moltiplicando per 340 otterremo la distanza in metri.
Per esempio, se sentiamo il tuono dopo 3 secondi dal lampo, dobbiamo fare:
3 s x 340 m/s = 1020 m
Un modo semplice per ricordare questa regola è che ogni 3 secondi di ritardo tra lampo e tuono indicano circa 1 chilometro di distanza dal punto in cui è caduto il fulmine.
Può capitare che, durante un temporale molto vicino, lampo e tuono sembrino avvenire nello stesso istante.
Questo succede perché il fulmine è talmente vicino che la differenza di tempo tra la luce, che arriva quasi istantaneamente, e il suono, che impiega qualche frazione di secondo, diventa impercettibile.
Per esempio, se un fulmine colpisce a soli 100 metri di distanza, il suono arriverà dopo appena 0,3 secondi.
Il cervello umano percepisce due suoni o eventi come simultanei solo se avvengono entro circa 0,1 secondi l’uno dall’altro; quindi, quando il ritardo supera questo intervallo, iniziamo a distinguere i due segnali come separati.
È lo stesso principio che spiega perché, guardando un concerto da lontano, possiamo vedere il musicista muovere le labbra prima di sentire la voce: il suono viaggia più lentamente della luce che ci porta l’immagine.
La relazione tra luce e suono durante i temporali è alla base di molti strumenti usati in meteorologia.
I meteorologi, infatti, utilizzano sistemi di localizzazione dei fulmini, strumenti capaci di rilevare l’impulso elettromagnetico del lampo e l’onda sonora generata dal tuono.
Confrontando i tempi di arrivo dei due segnali in punti diversi, è possibile calcolare la posizione esatta del fulmine e tracciare l’evoluzione del temporale in tempo reale.
Ad esempio, questi dati sono molto utili per prevedere l’intensità dei temporali o migliorare la sicurezza dei voli aerei e delle infrastrutture elettriche.
La luce viaggia a circa 300.000 km/s, molto più velocemente del suono, che viaggia a circa 340 m/s: cosi il lampo arriva ai nostri occhi quasi istantaneamente, mentre l’onda sonora impiega qualche secondo in più.
Conta i secondi tra lampo e tuono e dividi per tre: 3 secondi corrispondono a circa 1 km di distanza.
Il fulmine potrebbe essere molto vicino e il suono arriva quasi nello stesso istante della luce.
a cura di Alessia Milano