Milyen messzire hallatszik a mennydörgés?

 

Az élet örömeinek, kellemetlenségeinek nagy részét a hang okozza. Beszélgessünk a hangra vonatkozó tapasztalatainkról, keressük meg mögöttük a fizikát, és végezzünk néhány egyszerű, de tanulságos kísérletet.

 

Mindenki tapasztalhatta

hogy a hang nem hallatszik nagyon messzire. Ha az utcán két ember csendesen beszélget, 10 - 15 méternél nagyobb távolságból már nem hallható a hangjuk. A puskalövés legfeljebb 2 - 3 kilométerre hallatszik el (ábra).
És az ágyúlövés? Csendben és kedvező légköri körülmények között is általában csak 8 - 10 kilométer messzire hallatszik el. A második világháború alatt Nagykanizsa légibombázásából egy hang sem jutott el a 25 kilométerre levő csendes falumba.
De kedvezőtlen körülmények között sokkal kisebb távolságra sem hallatszik el az ágyúszó. Budán lakom, a Gellért-hegytől körülbelül 2 kilométernyire. Az április 4-i tűzijáték rakétáit kitűnően látom, de az ágyúk ünnepi sortüzének hangját csak gyengén hallom. Sőt, volt olyan esztendő, amikor az ágyúsortűznek csak a villanását láttam, de a hangja nem jutott el hozzám.

 

Ezt nehéz elhinni

Az ágyúszónál hangosabb a mennydörgés, és mégis aránylag hihetetlenül csekély távolságra hallatszik csak: 5 - 6 kilométerre.
Erről bárki könnyen meggyőződhetik. Számláljunk csak a villámlás után lassan Így: egyet, kettőt, hármat, négyet... Meglátjuk, hogy elég ritka eset lesz az, amikor 18 - 20-ig kell számolni, míg meghalljuk a mennydörgést. Számítsuk ki, hogy milyen messziről jött a hang ebben a szinte ritka esetben.

Milyen messzire hallatszik a hang?

A hang 3 másodperc alatt körülbelül 1 km utat tesz meg. Ha a villámlás után 18 másodperc múlva ér hozzánk, akkor 18 másodpercig volt úton. Ezalatt megtett 6 kilométer utat.
Ez a példa meggyőzően bizonyítja, hogy a mennydörgés általában valóban csak 6 - 7 km távolságra hallatszik el.
Természetesen előfordulhatnak egészen különleges esetek is, és nagyon tanulságos ilyen ritka élményekre vadászni. Nyáron egyik göcseji szőlő hegy tetején tartózkodtam. Az ég teljesen derült volt. Egyszer csak elég szaporán egymásra következő mély mennydörgésekre lettem figyelmes. A dörejek negyedórán keresztül jól hallhatók voltak.
Csodálkozva vizsgáltam körül a derült eget. Csupán az északi irányban, egészen a látóhatár legalján mutatkozott egy kis fekete felhőlepel. A felhő felső széle olyan magasan volt a látóhatár felett, amekkorának hüvelykujjam első íze látszott, ha kinyújtottam a karomat. Ebből kiszámíthattam, hogy annak a felhőnek 40 - 60 kilométer távolságban kellett lennie - ilyen messziről értek el hozzám a mennydörgések (2 - 3 percig volt úton a hang a villámlás után!). Másnap az újságban olvastam, hogy a tőlünk 40 kilométerre, északra fekvő Zalaegerszeg környékén nagy zivatar pusztított.

Az is jól ismert tapasztalat. hogyha közelünkben csap le a villám, akkor pillanatnyi ideig tartó reccsenést hallunk. Ebben az éles reccsenésben túlnyomó a magas hang, mintha ág törne le, vagy üvegcserép hullana a földre. De ha távolabb villámlik, akkor csak mély dübörgést hallunk, vagy éppen csak hosszantartó morajlást.
Miért reccsen a közeli villám, mintha vásznat hasítanának, és miért dörög, morajlik a távoli, mint a mélyhangú dob?
Ezekre a tapasztalatainkra abban találjuk majd meg a magyarázatot, hogy a hang, Így a villám által keltett hang is rezgés, mégpedig a levegő legkisebb részecskéinek, a levegőt alkotó gázok molekuláinak rezgő mozgása.

 

Tenyerünket rezegteti a hang

Odahaza, a szobában egyszerű kísérlettel bizonyíthatjuk be, hogy a hang valóban rezgés.

Szükségünk van egy literes vagy nagyobb befőttesüvegre. Tegyük tenyerünket az üveg szájára, de úgy, hogy a nyílásnak mintegy harmadrésze szabadon maradjon (ábra).

Így rezegtetjük meg tenyerünket hanggal

Most a szabadon maradt nyíláson át énekeljünk bele az üvegbe:
(magasabban), .. . ááá (mélyebben)... Érezzük, hogy erősen rezeg a tenyerünk. Kísérletünk meggyőzően igazolja, hogy a hang a levegő rezgése.
(Megjegyezzük, hogy ha a befőttesüveg nyílására tenyerünk helyett kezünk fejét tesszük, nem érezzük a rezgést. Ez a kísérlet pedig azt mutatja - amit aligha tudtunk eddig - hogy tenyerünk érzékeny a rezgésekre, de kezünk feje nem.)

 

Mennyit rezdül és hová lesz a hang?

Társalgási hangunk rezgésszáma másodpercenként 200 - 300 körül van. Általában a zenében használatos hangok rezgésszáma a másodpercenkénti 30-tól 4000-ig terjed.
Mi rezegteti meg a levegőt, és hogyan terjed ez a rezgés?
Vegyük a legegyszerűbb esetet. A megpendített húr rezgése közben állandóan lökdösi a vele érintkező levegőrészecskéket. Ezek a részecskék pedig a mellettük levőket lökik meg. Így terjed tovább a hangrezgés részecskéről részecskére, molekuláról molekulára. Ámde a részecskék mozgása súrlódással jár. A súrlódás legyőzése pedig munkavégzést kíván. Mennél távolabb kerül a hang a hangforrástól, annál több veszik el a hangrezgések kezdeti munkavégző képességéből, energiájából.
Hová lesz ez a látszólag elvesző energia? Meleggé alakul. Mennél távolabbra jut a hang, annál kevesebb ereje marad a soron következő levegőrészecskék megmozgatására. A hang egyre gyengül, végül is teljesen megszűnik, a hang energiája hővé, hőenergiává alakul át.
Terjedése közben a magas hang végez-e több munkát, vagy a mély hang? A magas hangok rezgésszáma nagy, a mély hangok rezgésszáma kevesebb. Amikor tehát a magas hangok terjednek, akkor azokat a levegőrészecskéket másodpercenként igen sokszor kell ide-oda mozgatni. A mély hang terjedése közben kevesebbszer végzi el ugyanezt a munkát.
A magas hangnak tehát több munkát kell végeznie terjedése közben, mint a mély hangnak. Ebből következik, hogy a magas hang rövidebb úton, kisebb távolságon elveszti energiáját, mint a mély hang. A magas hangok nem terjedhetnek olyan messzire, mint a mély hangok.
Ezért mély, búgó a hajótülkök hangja.
Most már megértjük, hogy a közeli villám reccsenő hangja miért hallatszik a távolban mély dörgésnek. Ugyanis abban a reccsenésben benne vannak a magas hangok is, a mély hangok is. Ámde a hang terjedése közben egymásután elmaradnak belőle a szapora rezgésű magas hangok, vagy nagyon legyengülnek. Végül csak a kevés rezgésszámú, mély, morajló hangok maradnak meg.

 

Miért felel vissza mélyebb hangon a visszhang?

Egy karóra vagy zsebóra szükséges csupán ahhoz, hogy szobánkban bebizonyíthassuk: a levegő vagy más anyag már néhány centiméter távolságon elnyeli a magas hangokat.
Tartsuk a karórát egészen közel fülünkhöz. A ketyegésben magas, csilingelő hangokat hallunk. Azonnal elnyeletjük őket. Szorítsunk laposra összehajtogatott zsebkendőt fülünkhöz és a zsebkendőhöz nyomjuk az órát. A ketyegés hangjának most már át kell mennie a zsebkendő anyagán.
Figyeljük most a ketyegés hangját!
Tompa ketyegést hallunk. Teljesen hiányoznak belőle a csilingelő, magas hangok. Íme, a magas hangokat elnyelte a zsebkendő anyaga, a mély hangokat kevésbé, és csak azok hallatszanak.
Most már megértjük a visszhangra vonatkozó különös tapasztalatunkat is. A visszhang mindig mélyebb hangon felel vissza.
Oka egyszerű: amíg a hang eljutott a visszaverő felületig és onnan vissza, azalatt elnyelődtek belőle a magas hangok, csak a mély hangok maradtak meg.
De ez a tapasztalat még egy fontos tényt is bizonyít: azt, hogy az ember hangjában is igen sokféle, magas és mély hang egymással keveredve egyszerre van jelen. Máskülönben nem szűrődhetnének ki hangunkból a magas hangok és maradhatnának meg a mély hangok.
Még egy meglepő és egyszerű kísérlet

Tegyük le az órát az asztallapra, olyan messzire tőlünk, hogy ketyegését egyáltalában ne halljuk a levegőn keresztül.
Ezután szorítsuk fülünket az asztallapra, akár 2—3 méternyire is az órától. Kitűnően halljuk a ketyegést. De nem a csengő ketyegést, hanem egy tompát, mintha fadarabot ütögetnének.
Ebben a kísérletben egy jól ismert és egy egészen új jelenséggel találkozunk.
Melyik a jól ismert? Az, hogy mialatt a ketyegés az asztal faanyagán át fülünkhöz jut, a fa elnyeli a ketyegés csilingelő, magas hangjait.
Mi az új? Az, hogy a fán keresztül erősen halljuk azt a ketyegést, ami a levegőn át egyáltalában nem hallható.
Általános tapasztalat az, hogy ha a hang a fában, vízben, acélban terjed, sokkal kevésbé gyengül a hang erőssége, mintha a levegőben terjed.
Íme, egy hihetetlennek látszó adat: tegyük fel, hogy egy csengő hangja a levegőben 200 méterre hallatszik. Ha a csengő víz alatt kapna ugyanakkora ütést, és vízben figyelnénk a hangját, akkor nem 200 méterre hallatszana el, hanem 400 kilométerre.
Ennek oka az, hogy a cseppfolyós anyagokban és a szilárd testekben a molekulák sokkal szorosabb kapcsolatban vannak egymással, mint
a levegőben, ezért a részecskék könnyebben át tudják adni egymásnak a rezgéseket.

Egyébként a hang erejének rohamos csökkenéséhez az is hozzájárul, hogy a hangrezgések rendszerint minden irányban haladnak a hangforrásból, ezért rohamosan növekvő térrészben oszlanak szét. Ha megakadályozzuk azt, hogy a hang szétterjedjen, akkor a hang sokkal messzebbre hallatszik. Ezt megint egyszerű kísérlettel igazolhatjuk (ábra).
Függesszük fel valahol óránkat, ás távozzunk tőle olyan messzire, hogy az óra felé fordított füllel se halljuk a ketyegést. Ebben a helyzetben tartsunk papírból összetekert csövet az óra ás a fülünk közé. Halljuk a ketyegést, mert a cső fala megakadályozza a hangrezgések szétterjedését.

A cső nem engedi szétoszlani a beléje jutott hangrezgés energiáját

 

Felhasznált irodalom