Prečo oblaky nespadnú a prečo sa blýska a hrmí?

11.08.2006 00:00
Blesk
ilustračné foto Autor:

Búrka s poryvmi vetra, bubnovaním dažďových kvapiek, blýskaním a burácaním hromu vyvoláva obdiv aj obavy. Aj Rimania sa obávali, preto Plínius starší radil: "Blesk neudrie do zeme hlbšie ako 1,5 metra. Tí, čo sa ho boja, nech sa skryjú do hlbokej jaskyne alebo pod prístrešok, pokrytý tuleními kožami, lebo do tohto morského živočícha nikdy neudiera blesk."

Vieme, že blesky a hromy spôsobujú veľké škody: zabíjajú zvieratá aj ľudí (na Slovensku za posledných 5 rokov zabili jedenásť ľudí, zranených bolo dva razy toľko); spôsobujú požiare lesov, budov (následné explózie muničných skladov podnietili výskum bleskov v 18. storočí); ničia elektrické zariadenia, drahú elektroniku (viacnásobné odkladanie štartov, zničenie rakiet obrátilo pozornosť NASA na tento problém).

Aby sa predišlo škodám, treba poznať vlastnosti bleskov a hromov. Musíme vedieť odpovedať na otázky: Prečo oblaky nespadnú a prečo sa blýska a hrmí? Odpoveď je jednoduchá. Preto, lebo svetlo zo Slnka zohrieva povrch Zeme a odparuje z neho vodnú paru. Na praktické účely však musíme túto odpoveď spresniť.

Prečo oblaky nespadnú?

Preto, lebo pri júnovej teplote 30 °C sa molekuly vzduchu pohybujú rýchlosťou guľky, vystrelenej z pištole – okolo 500 m/s. Pri tejto rýchlosti sú schopné vyletieť do výšky 10 km. (Na porovnanie: svetlo má takú rýchlosť, že za 1 s prekoná vzdialenosť na Mesiac – 300?tisíc km, zvuk za 1 s prejde 330 m.) Jedna polovica molekúl neustále letí od zeme, druhá na ňu padá. Zrúteniu oblohy bráni aj to, že tlak vzduchu s nadmorskou výškou klesá (tlak vo výške 10 km je iba tretinou tlaku pri zemi). Vzduchová vrstva, ktorej steny sú rovnobežné so zemským povrchom, má snahu spadnúť pod vplyvom vlastnej váhy a vďaka tlaku vzduchu, ktorý je nad touto vrstvou. Vyšší tlak vzduchu pod vrstvou však pádu zabráni, lebo vyváži aj váhu vrstvy, aj nižší tlak nad vrstvou.

Teplota vzduchu takisto klesá s výškou (o 70 °C na 10 km). Teplý suchý vzduch stúpa nahor – až kým neochladne na okolitú teplotu. Vlhký teplý vzduch stúpa ešte lepšie, pretože keď sa dostane do výšok s nízkou teplotou (asi 2 km), vodná para sa začne meniť na vodné kvapky, pričom sa uvoľňuje teplo, ktoré spomaľuje chladnutie stúpajúceho vzduchu. Udržať teplotu pomáha aj mrznutie kvapiek, keď teplejší vzduch vystúpi nad 4 km, do oblasti nižších teplôt ako 0 °C. Prúdy vlhkého vzduchu tak môžu v búrkovom mraku dosiahnuť rýchlosť áut na diaľnici, meniť tvar mraku a vystúpiť do výšok nad 10 km s teplotou ?50 °C. (Vďaka tomu je v nich až 90 percent vody vo forme ľadu.) Stúpajúci prúd sa ochladí a zabrzdí priberaním okolitého chladného vzduchu. Narastajúce ťažké ľadové častice začnú padať k zemi. Strhnú so sebou studený vzduch. Topenie ľadu a vyparovanie kvapiek odoberajú teplo z okolia, spomaľujú ohrev klesajúceho studeného vzduchu, zvyšujú jeho rýchlosť. Závany studeného vzduchu predbiehajú o niekoľko minút príchod búrky s prudkým dažďom a bleskami. Do 30 minút búrková činnosť ustane. Búrkový mrak rozfúkajú klesajúce vetry.

Prečo oblaky nespadnú a prečo sa blýska a hrmí?...
Prečo oblaky nespadnú a prečo sa blýska a hrmí? Deťom odpovedali odborníci. Autor: Roman Benický

Prečo sa blýska a hrmí?

Preto, lebo vetry zvyčajne vynesú ľahké kladné častice ľadu a vody do hornej časti búrkového mraku, zatiaľ čo v dolnej prevláda záporný náboj padajúcich veľkých kvapiek. Záporný náboj na spodku mraku vytvorí pod sebou na povrchu zeme kladný náboj. Medzi nábojom mraku a zeme vznikne veľké elektrické napätie 20 miliónov voltov. V tomto elektrickom poli je uschovaná energia asi 400 kWh. Pri jej cene okolo 1 000 Sk, technickej náročnosti príslušných zariadení, pri zriedkavosti a náhodnosti búrok je snaha o využitie elektrickej energie búrky ekonomicky nezmyselná.

Pri takom veľkom napätí môže medzi mrakom a zemou preskočiť elektrická iskra – blesk, ktorá na desatinu sekundy zasvieti na oblohe ako rozvetvená, kilometre dlhá čiara. Samotný blesk sa skladá z niekoľkých samostatných iskier. Každá z iskier začína rastom slabo svietiaceho elektricky vodivého kanála (lídra) smerom od oblaku k zemi. Cestou k zemi sa kanál vetví. Keď dosiahne povrch zeme, po kanáli lídra (späť k oblaku) sa obrovskou rýchlosťou (desatina svetelnej) začne šíriť jasne svietiaci horúci kanál – spätný úder. Ničivé účinky blesku súvisia práve s tým, že kanálom pri spätnom údere tečie veľký prúd 10 kA, ktorý ho ohreje na 30 000°C a 400?násobne zvýši tlak. Od kanála sa nadzvukovou rýchlosťou začne šíriť silná tlaková vlna – hrom. Tá sa rýchlo zoslabí a zmení na zvukovú.

Po tom, čo spätný úder dosiahne mrak, cez vytvorený iskrový kanál vo forme slabého prúdu (100 A) steká do zeme časť záporného náboja mraku. Medzitým vodivosť kanála medzi mrakom a zemou klesla, takže odtekanie vzdialenejších nábojov z mraku do zeme musí znovu začať rastom nového lídra a následného spätného úderu. Toto sa bude opakovať niekoľko ráz – až celý dostupný záporný náboj mraku stečie do zeme. Z hľadiska bezpečnosti treba vedieť, že približovaním mraku alebo lídra k zemi narastá prízemné elektrické pole, najmä v okolí hrotov a vyvýšenín, z ktorých začínajú rásť ústretové lídre. Klesajúci líder sa spojí s najbližším ústretovým lídrom – obvykle vychádzajúcim z vyvýšeniny. To je dôvod, prečo sa tretina tragických udalostí odohráva pod stromami; prečo najpočetnejšou skupinou postihnutých sú horolezci, pracujúci na poliach, športovci na ihriskách, vodných plochách; prečo bleskozvodmi sú vyčnievajúce 1,5 metrové kovové tyče, vodivo dobre (!) spojené so zemou, rozmiestnené na každých 20 m obvodu chránenej budovy. Nie je rozumné ponúkať blesku kratšiu cestu postávaním v otvorených dverách alebo oknách nechránených budov.

Veľký prúd blesku sa nekončí v mieste jeho úderu do zeme, ale odteká ďalej po povrchu zeme, pričom vyhľadáva dobré vodiče (kovové potrubia, zábradlia, vodné plochy,premáčanú pôdu). Veľký povrchový prúd vytvára na každom metri svojej dráhy nebezpečne vysoký napäťový rozdiel. Počas búrky je teda nebezpečné dotýkať sa vodivých predmetov a je vhodnejšie čupieť so spojenými nohami, ako ležať. Blesky nie sú celkom predvídateľné, ale rozumným správaním výrazne znížime možnosť, že nám spôsobia škodu.

Ako ďaleko od nás udrel blesk? Delenie počtu sekúnd, ktoré uplynuli medzi zábleskom a hromom, číslom tri dá hľadanú vzdialenosť v kilometroch. Napríklad, 30 sekundám zodpovedá vzdialenosť 10 km, ešte nie celkom bezpečná pred bleskami, keďže tie sú niekedy aj 15 km dlhé. (Ak sa nechceme pomýliť o 300 metrov, treba začať počítať od nuly. Okamžiku svetelného záblesku odpovedá nulový čas.)

PaedDr. Soňa Gažáková (1977)

Absolventka Fakulty matematiky, fyziky a informatiky na Univerzite Komenského v Bratislave v odbore učiteľstvo všeobecnovzde­lávacích predmetov so zameraniím na predmety matematika a fyzika.
Už počas štúdia na Univerzite Komenského v Bratislave spolupracovala s projektom INFOVEK ako tvorca stránok k predmetu Fyzika a v tejto činnosti úspešne pokračuje až doteraz.
Na katedre v súčasnosti pracuje ako manažérka projektovej podpory, kde sa okrem koordinácie projektov venuje práci spojenej s problematikou informačných a komunikačných technológií, e?learningu a mnohým iným formám moderného vzdelávania prostredníctvom internetu.

Soňa Gažáková
Soňa Gažáková

Doc. RNDr. Rudolf Hajossy, CSc. (1941)

Absolvent Prírodovedeckej fakulty UK Bratislava, odbor fyzika, špecializácia elektronika a vákuová fyzika. Absolvoval stáže na univerzitách v Lipsku, Boulder v USA, v Jerevane, Moskve, Leningrade, Kyjeve, Orléanse. Prednáša na Fakulte matematiky, fyziky a informatiky a Prírodovedeckej fakulte Univerzity Komenského. V rámci vedeckej činnosti sa zameral na aplikovanie fyziky v najrôznejších oblastiach technickej praxe (meranie teploty iskry automobilovej sviečky, zváracieho oblúka, rýchlosti detonačných vĺn, čistenie výfukových plynov korónovým výbojom, plazmochemické leptanie, biomechaniku plávania a veslovania, prúdenie krvi v pupočnej šnúre, optimalizáciu diaľkového transportu plynu a ďalšie). Realizoval 18 technických diel a unikátnych počítačových programov, dva zlepšovacie návrhy a získal tri patenty. Napísal dva televízne scenáre, ktoré boli odvysielané v rámci cyklu Fyzika a svet okolo nás. Prednáša na medzinárodných konferenciách, publikuje v domácich aj zahraničných vedeckých časopisoch, prekladá vedecké publikácie.

Rudolf Hajossy
Rudolf Hajossy
DUK 2008 obálka
DUK 2008 obálka

Článok vznikol na základe prednášky uskutočnenej v rámci projektu Detská univerzita Komenského. Vydavateľstvo PEREX z každého ukončeného ročníka vydáva zborník vo forme pestro ilustrovanej knižky sumarizujúcej obsah prednášok z daného ročníka. Knižka z prvého ročníka (2003) je už vypredaná, vydania z ročníkov 2004, 2005, 2006, 2007 a 2008 si môžete objednať za cenu 5€ (151 Sk) + poštovné na tel. čísle 02/4959 6270 od 8. do 14. hodiny, alebo emailom na adrese predplatne@pravda.sk.

Sleduj najnovšie články na našom Facebooku
Ponuky zo Zľavy.Pravda.sk