Artykuły na tym blogu są nieoficjalnymi tłumaczeniami XKCD What If. Teraz również na Facebooku!

21.03.2013

Temat dnia: błyskawice

Oryginalny artykuł:  Today's topic: Lightning

Jak bardzo niebezbiecznie jest być w basenie w czasie burzy?
— Jay Gengelbach

Co by się stało, gdybym został trafiony piorunem w czasie jak biorę prysznic? Albo stojąc pod wodospadem?
— same3chords

Co by się stało, gdybym był w łodzi lub samolocie trafionym przez piorun? Albo w łodzi podwodnej?
— SoobNauce

Co by się stało, gdybym został trafiony przez piorun zmieniając żarówkę na szczycie masztu radiowego? Lub robiąc fikołka? Lub stojąc na polu grafitowym? Co by było, gdybym patrzył prosto w błyskawicę?
— Danny Wedul

Co by było, gdyby piorun trafił pocisk w locie?
— Timothy Campbell

Co by było, gdybym przeprogramowywał BIOS w czasie burzy i został trafiony piorunem?
— njsg


Na samym początku chciałbym podkreślić jedną rzecz:

W żadnym razie nie jestem autorytetem w kwestii bezpieczeństwa w czasie burzy. Jestem facetem, który rysuje komiksy w Internecie. Lubie jak różne rzeczy się palą i wybuchają, co oznacza, że nie piszę tego artykułu z myślą o bezpieczeństwie czytelników. Autorytetem w sprawie bezpieczeństwa w czasie burzy jest Państwowa Straż Pożarna:


Jak już wyjaśniliśmy sobie tę sprawę ...

Żeby znaleźć odpowiedzi na powyższe pytania, musimy się zastanowić, gdzie w ogóle piorun może uderzyć. Pomoże nam w tym prosta sztuczka: Wyobraźmy sobie jakie punkty jest w stanie dotknąć tocząca się po ziemi sześćdziesięciometrowa kula. Wszystkie miejsca gdzie kula dotyka ziemi lub różnych obiektów mających kontakt z powierzchnią to punkty potencjalnie narażone na uderzenie.

W powszechnej świadomości panuje przekonanie, że piorun uderza w najwyższy punkt w okolicy. Jest to bardzo nieprecyzyjne stwierdzenie. Przede wszystkim, co oznacza "okolica"? Oczywiście, nie wszystkie pioruny uderzają w Mount Everest. Czy spośród tłumu ludzi piorun zawsze wybierze najwyższą osobę? Najwyższą osobą jaką znam jest prawdopodobnie Ryan North. Czy w czasie burzy powinienem się trzymać blisko niego? Czy są inne powody, żeby się trzymać blisko niego? (Prawdopodobnie właśnie dlatego na tym blogu to wy zadajecie pytania, nie ja.)

Jak zatem piorun wybiera swój cel?

To wideo, autorstwa Toma A. Warnera, jest jednym najciekawszych nagrań jakie widziałem. Pokazuje ono błyskawicę w tempie 7207 klatek na sekundę. 33 sekundy filmu pokazują co się dzieje w ciągu jednej dziesiątej sekundy.

Wideo to pozwala wyobrazić sobie w jaki sposób błyskawica się rozwija. Na początek z chmury rozchodzi się wiele wyładowań pilotujących — rozprzestrzeniających się na wszystkie strony grup ładunków elektrycznych. Jest to wyraźnie widoczne w pierwszej części nagrania. Przemieszczają się one z prędkością kilkuset kilometrów na sekundę, co oznacza, że docierają do ziemi w kilkadziesiąd milisekund.

Wyładowania pilotujące niosą stosunkowo niewielkie natężenie prądu, rzędu 200 amperów. To wystarczy, żeby zabić, ale to nic w porównaniu z tym, co następuje chwilę później. Kiedy pilot wejdzie w kontakt z ziemią, chmura i grunt wyrównują napięcie w potężnym udarze powrotnym rzędu wielkości 20000 amperów — stąd właśnie bierze się widoczny jasny błysk. Ładunek ten przemieszcza się kanałem utworzonym przez wyładowania pilotujące z prędkością stanowiącą istotną część prędkości światła, pokonując cały dystans poniżej milisekundy. Wszystko to dzieje się w pojedynczej klatce wideo.

Technicznie rzecz biorąc, ładunek w "udarze powrotnym" wciąż płynie w dół, z chmury ku ziemi. Jednak dla obserwatora wygląda to tak, jakby wyładowanie rosło ku górze. Jest to efekt podobny do ruchu samochodów, kiedy zapali się zielone światło. Samochody na przodzie zaczynają jechać pierwsze, następnie ruszają samochody z tyłu, zatem ruch wydaje się rozprzestrzeniać do tyłu.

Miejsce na ziemi gdzie uderza piorun, to miejsce gdzie pierwsze wyładowanie pilotujące dotknęło powierzchnię. Pilot przemieszcza się w niewielkich skokach, aby ostatecznie trafić na (zazwyczaj) dodatni ładunek ziemi, jednak wyczuwa on ładunek z odległości conajwyżej kilkudziesięciu metrów. Jeżeli w takiej odległości znajduje się obiekt połączony z ziemią, pilot przeskoczy na niego. W przeciwnym razie będzie się dalej przemieszczał w chaotycznych skokach.


Tutaj do gry wchodzi nasza sfera o promieniu 60 metrów. Pozwala ona wyobrazić sobie, które punkty mogą przyciągnąć wyładowanie pilotujące.

Zatem, żeby wyobrazić sobie gdzie może uderzyć piorun, toczymy po ziemi wyimaginowaną 60 metrową kulę (ze względów bezpieczeństwa nie będziemy używać prawdziwej kuli). Kula wtacza się na drzewa i budynki. Nie przenika przez nic. Miejsca których dotknie (wierzchołki drzew, płoty, golfiści) są potencjalnymi celami dla piorunów.

To oznacza, że możemy obliczyć obszar osłonięty przed wyładowaniami przez obiekt o wysokości h na płaskiej powierzchni.


Ten obszar jest osłonięty, ponieważ wyłądowanie pilotujące przeskoczy na wysoki obiekt nim dotrze do ziemi.



To jednak nie znaczy, że człowiek na tym obszarze jest bezpieczny. Często to oznacza coś wprost przeciwnego. Po tym jak prąd popłynie przez wysoki obiekt, rozprzestrzenia się po ziemi. Jeżeli dotykasz gruntu w pobliżu, prąd może popłynąć przez ciebie. Spośród 28 ofiar piorunów w Stanach Zjednoczonych w 2012 roku, 13 stało w pobliżu drzew.

Teraz możemy się zastanowić, jak zachowają się pioruny w scenariuszach z pytań czytelników.

Jak bardzo niebezbiecznie jest być w basenie w czasie burzy?

Bardzo. Woda przewodzi prąd. Ale nie to stanowi największy problem. Prawdziwym problemem jest, że kiedy pływasz, twoja głowa wystaje ponad dużą płaską powierzchnię. Ale nawet gdyby piorun uderzył w wodę blisko ciebie, mogłoby się to źle skończyć. 20000 amperów rozeszłoby się głównie po powierzchni wody. Ciężko dokładnie przewidzieć jak duży prąd przeszedłby przez ciało pływaka przy danej odległości. Gdybym miał zgadywać, powiedziałbym, że piorun uderzający gdziekolwiek w promieniu kilkudziesięciu metrów byłby poważnym zagrożeniem. Przy czym słodka woda jedynie pogarsza sytuację. Słodka woda jest gorszym przewodnikiem niż słona, zatem prąd chętnie popłynie na skróty przez ludzkie ciało.

Co by się stało, gdybym został trafiony piorunem w czasie jak biorę prysznic? Albo stojąc pod wodospadem?




Krople wody rozpylone w powietrzu nie stanowią zagrożenia. Niebezpieczna jest wanna i woda pozostająca w kontakcie z rurami.

Co by się stało, gdybym był w łodzi lub samolocie trafionym przez piorun? Albo w łodzi podwodnej?


Łódź bez kabiny jest równie bezpieczna jak pole golfowe. Łódź z kabiną i systemem odgromowym jest równie bezpieczna jak samochód. Łódź podwodna jest równie bezpieczna jak podwodny sejf.

Co by się stało, gdybym został trafiony przez piorun zmieniając żarówkę na szczycie masztu radiowego? Lub robiąc fikołka? Lub stojąc na polu grafitowym? Co by było, gdybym patrzył prosto w błyskawicę?


Co by było, gdyby piorun trafił pocisk w locie?

Pocisk nie zmieni trasy obranej przez piorun. Załóżmy, że udało się tak zsynchronizować moment strzału, że kula znajduje się wewnątrz kanału kiedy następuje udar powrotny.

Rdzeń błyskawicy ma średnicę kilku centymetrów. Pocisk wystrzelony z AK-47 ma około 26 mm długości i w ciągu milisekundy pokonuje około 700 milimetrów.

Pocisk składa się z miedzianej osłony chroniącej ołowiane wnętrze. Miedź jest wyjątkowo dobrym przewodnikiem, zatem zapewne większość z 20000 amperów popłynie przez pocisk.


Gdyby pocisk był nieruchomy, prąd szybko stopiłby metal. Jednak wszystko dzieje się zbyt szybko, żeby zdąrzył się nagrzać o więcej niż kilka stopni nim opuści kanał błyskawicy. Wokół pocisku tworzy się dosyć interesująca konfiguracja pola elektromagnetycznego, jednak na ile jestem w stanie stwierdzić, nie wpływa ona w istotny sposób na ogólny przebieg wydarzeń.

Co by było, gdybym przeprogramowywał BIOS w czasie burzy i został trafiony piorunem?


Brak komentarzy:

Prześlij komentarz