De relámpagos y truenos: luz y sonido en el cielo (parte 2)

(Ilustración tomada de este enlace)

Los fenómenos naturales en general son sin lugar a dudas muestras impresionantes de la fuerza de la naturaleza: desde los más violentos como las erupciones volcánicas y terremotos hasta los más pacíficos como los atardeceres y los eclipses. Uno de ellos que vivimos con bastante frecuencia y común a (yo diría) todas la latitudes es el de las tormentas eléctricas. Y si no, hechemos un vistazo a las mitologías de diferentes culturas, casi todas tienen una deidad asociada a los relámpagos, truenos y lluvias: Tlatloc (azteca), Zeus (griega), Jupiter (romana), Thor (nórdica) para mencionar algunos ejemplos.

La primera parte de esta publicación trató sobre el relámpago. Este es la luz que se produce cuando el aire entre dos puntos con cargas opuestas se ioniza y permite el paso de corriente eléctrica. Este fenómeno es el mismo que se produce en una lámpara de esas que usamos cotidianamente: la corriente para por un filamento, se produce calor y luz debido al movimiento de las cargas eléctricas en el alambre.  Pero todavía no hemos hablado de otra característica tanto o más impresionante que el destello luminoso: el sonido asociado a esta descarga eléctrica en la atmósfera. Ese estruendo pavoroso que muchas veces de niñ@s nos hacía terminar escondid@s debajo de la cama con nuestras mascotas...

Recordemos que durante la descarga, el aire que se ioniza alcanza altas temperaturas. Y cuando digo altas, me refiero a temperaturas cercanas a los 30 mil grados centígrados. Cuando el aire se calienta su densidad disminuye. Por cierto, esta es la razón por la cual el aire caliente en una habitación tiende a subir, y es por esto que durante un incendio se recomienda tirarse al piso para respirar menos humo y buscar el aire menos caliente.  Ese calor se propaga por el aire circundante, y con él el cambio de densidad. ¿Has estado alguna vez en un estadio, para un juego o un concierto, y has sido parte de una "ola"? Bueno, es exactamente igual. En la ola lo que se propaga es el movimiento de los brazos de las personas. En este caso, lo que se propaga es ese cambio de densidad en el aire. Pero el aumento de la densidad en una región implica que en las regiones adyacentes la densidad disminuye. Es como tener un resorte: so comprimimos una parte, las regiones a la par se estiran, como se muestra en la figura a la izquierda (tomada de este enlace).  Esta perturbación (cambio de densidad) se propaga en el medio (aire) y justamente son las que producen sonido. Así como las personas en las olas mueven sus brazos para hacer la ola, las moléculas del aire se mueven para poder hacer que los cambios de densidad se propaguen en el aire. Al alcanzar nuestros oídos, el movimiento del aire hace vibrar la membrana del tímpano y nuestro sistema nervioso se encarga de interpretar esa información. Este tipo de perturbación es lo que se conoce como onda longitudinal.

Tenemos entonces dos fenómenos asociados a la descarga eléctrica de la que venimos hablando: el relámpago, que es la luz, y el trueno que es el sonido. Pero aunque estos fenómenos ocurren al mismo tiempo, nosotros generalmente los percibimos con una diferencia de tiempo entre ambos: primero vemos el relámpago y después oímos el trueno. Esto sucede porque la velocidad de la luz es mucho mayor que la velocidad del sonido. De hecho, la luz viaja tan rápido, que prácticamente vemos el relámpago en tiempo real. El sonido es un poco más lento, y por eso no es raro que oigamos el trueno algunos segundos después de haber visto el relámpago. Cuantos segundos depende de la distancia entre el lugar donde ocurrió la descarga y el lugar donde estemos. De hecho mucha gente acostumbra contar los segundos de diferencia entre el relámpago y el trueno, y multiplicar ese tiempo por la velocidad del sonido en el aire: aprox. 343m/s  para obtener así la distancia en metros hasta el lugar donde cayó el rayo. Para los más osados: si no tenemos una calculadora cerca, y no deseamos hacer esta multiplicación a mano, podemos usar este truco: 343 m/s = 0.343 km/s que se puede aproximar como 1/3 km/s. Entonces el tiempo lo multiplicamos por 1/3, que es lo mismo que tomar ese tiempo y dividirlo por 3. Esto nos dará la distancia (aproximada) en kilómetros.