Il fulmine è uno spettacolare evento meteorologico in cui una forte scarica elettrica si verifica tra le nuvole o tra una nuvola e la terra. Questa scarica genera un lampo, un’esplosione di luce intensa visibile per km. Il tuono segue il lampo quando l’aria riscaldata rapidamente dall’energia del fulmine si espande e produce un suono assordante. Questo trio di fenomeni, noto come fulmine, lampo e tuono, rappresenta l’energia elettrica naturale nell’atmosfera. Sebbene affascinante, il fulmine può anche essere pericoloso e dannoso, ma la sua bellezza e potenza continuano a ispirare meraviglia e ricerche scientifiche.
Cos’è un fulmine
Un fulmine è una scarica elettrica atmosferica di notevole intensità e potenza che si verifica tra 2 punti con differenti potenziali elettrici, come tra una nuvola e la terra o tra 2 nuvole. Questa scarica avviene a causa dell’accumulo di cariche elettriche all’interno delle nubi, che generano un forte campo elettrico. Quando questo campo supera la resistenza dell’aria, si verifica un’esplosione di elettroni e una rapida conduzione di corrente elettrica, creando una luminosa ionizzazione dell’aria. Il fulmine è un fenomeno elettrico complesso che comporta un flusso di cariche elettriche attraverso l’atmosfera, causando una repentina liberazione di energia elettrica.
Cos’è il lampo
Un lampo durante un fulmine è una rapida emissione di luce, generalmente nell’intervallo dello spettro elettromagnetico noto come luce visibile. Questa emissione luminosa è il risultato di un’ionizzazione dell’aria causata dalla scarica elettrica del fulmine. Quando la corrente elettrica fluisce attraverso l’atmosfera, essa agisce sulle molecole d’aria, separando gli elettroni dagli atomi e creando ioni. Gli elettroni, quando si ricombinano con gli ioni, emettono energia sotto forma di fotoni luminosi, creando il lampo. La luce intensa e visibile associata al lampo è ciò che percepiamo come un bagliore durante un temporale.
Cos’è il tuono
Un tuono durante un fulmine è il risultato dell’espansione improvvisa e del riscaldamento dell’aria causati dalla rapida scarica di energia elettrica del fulmine. Quando un fulmine attraversa l’aria, la corrente elettrica eleva istantaneamente la temperatura dell’aria circostante a migliaia di gradi Celsius. Questa rapida espansione e riscaldamento creano un’onda di pressione acustica, simile a una piccola esplosione, nota come onde d’urto. Queste onde d’urto si propagano attraverso l’aria, generando il suono caratteristico del tuono. In sostanza, il tuono è un’onda d’urto sonora prodotta dall’espansione termica dell’aria causata da una scarica elettrica.
La correlazione
Il fulmine, il lampo e il tuono sono componenti correlati di un singolo fenomeno noto come tempesta elettrica. Ecco come sono collegati:
- Formazione del fulmine: un fulmine si forma all’interno di una nuvola durante un processo complesso di accumulo di cariche elettriche. All’interno delle nuvole, particelle di ghiaccio e acqua interagiscono, causando una separazione di cariche. In genere, la parte superiore delle nuvole si carica positivamente, mentre la parte inferiore si carica negativamente. Questo crea un forte campo elettrico all’interno della nuvola;
- Scarica elettrica: quando il campo elettrico supera la resistenza dell’aria, si verifica una scarica elettrica. Gli elettroni cominciano a muoversi lungo un percorso di conduttore ionizzato, creando un flusso di corrente elettrica. Questo flusso di corrente costituisce il fulmine;
- Lampo: è una manifestazione visibile del fulmine. Quando la corrente elettrica scorre lungo il percorso ionizzato, essa riscalda l’aria circostante a temperature estremamente elevate, causando l’ionizzazione dell’aria. Questo processo emette fotoni di luce, creando un lampo luminoso che vediamo come un bagliore nel cielo. La luce si propaga attraverso l’atmosfera, consentendoci di osservare il fulmine;
- Tuono: è il risultato dell’espansione rapida dell’aria riscaldata dalla corrente del fulmine. Questo riscaldamento improvviso provoca l’espansione dell’aria a velocità supersonica, creando un’onda d’urto acustica. Questa onda d’urto è ciò che percepiamo come il suono del tuono. La velocità del suono nell’aria varia con la temperatura, quindi l’espansione rapida e il raffreddamento dell’aria provocano oscillazioni della pressione dell’aria, che generano il caratteristico rombo del tuono.
In breve, il fulmine rappresenta la scarica elettrica, il lampo è la luce emessa durante questa scarica, e il tuono è il suono prodotto dall’espansione termica dell’aria causata dalla scarica del fulmine. Questi fenomeni sono intrinsecamente collegati e si verificano simultaneamente durante un temporale.
Fulmini, quanto tempo passa tra lampo e tuono?
Per calcolare la distanza tra un fulmine e il punto di osservazione, è necessario utilizzare il tempo trascorso tra il lampo (visione del fulmine) e il tuono (udito del tuono). La luce si propaga molto più velocemente del suono nell’aria, quindi il ritardo tra il lampo e il tuono permette di stimare la distanza del fulmine. Il processo è il seguente:
- Registrate il tempo: quando vedete il lampo, iniziate a registrare il tempo. Utilizzate un cronometro, un orologio o qualsiasi dispositivo che misuri il tempo con precisione;
- Ascoltate il tuono: ascoltate attentamente il tuono associato a quel lampo. Quando lo sentite, registrate anche il tempo trascorso dall’inizio della registrazione del tempo. Assicuratevi di essere il più precisi possibile nel registrare entrambi i tempi;
- Calcolate il tempo: il tempo tra il lampo e il tuono rappresenta il tempo che il suono ha impiegato per percorrere la distanza tra il fulmine e il vostro punto di osservazione;
- Calcolate la distanza: per calcolare la distanza, dovete moltiplicare il tempo (in secondi) per 343 metri al secondo. La formula è: Distanza (metri) = Differenza di tempo (secondi) x 343 metri al secondo.Quindi, se la differenza di tempo tra il lampo e il tuono è di 6 secondi, il fulmine si trova a circa 2.058 metri di distanza da voi (6 secondi x 343 metri/secondo).
Questo metodo utilizza la velocità del suono nell’aria (che varia leggermente con la temperatura) per stimare la distanza del fulmine in modo abbastanza accurato. Tenete presente che questo è un calcolo approssimativo e può variare leggermente in base alle condizioni atmosferiche.
Curiosità su fulmini, lampi e tuoni
Ecco alcune curiosità interessanti su fulmini, lampi e tuoni:
- Colori dei fulmini: i fulmini possono apparire di diversi colori, tra cui bianco, azzurro, viola o rosso. Ciò dipende dalla composizione chimica e dall’umidità dell’aria attraverso cui passano;
- Fulmini in altre parti del sistema solare: nonostante sia comune sulla Terra, i fulmini sono stati osservati anche su Giove, Saturno e Venere, oltre a eventi simili sulla Luna durante le missioni spaziali;
- Fulmini a terra: i fulmini possono colpire direttamente gli alberi o altre strutture, causando incendi o danni. Tuttavia, la maggior parte dei fulmini colpisce il suolo o corpi d’acqua;
- Fenomeno fulmine a catena: i fulmini possono innescare altri fulmini. Quando un fulmine colpisce il suolo o un oggetto, può creare un secondo fulmine attraverso il rilascio di energia;
- Calcoli sulla distanza: la regola “3 secondi tra il lampo e il tuono corrispondono a 1 km di distanza” è una stima approssimativa. La velocità del suono varia con la temperatura e l’umidità dell’aria, quindi la distanza può variare;
- Fulmini a nastro: i fulmini a nastro sono eventi che si estendono orizzontalmente per molti km. Possono apparire come linee lunghe e luminose nel cielo notturno;
- Record di fulmini: il luogo con il maggior numero di fulmini al mondo è il lago del Maracaibo in Venezuela. La zona ha un’incredibile media di oltre 200 fulmini all’ora, 260 notti all’anno;
- Pietrificazione del fulmine: in alcune circostanze, i fulmini possono causare la pietrificazione di oggetti naturali, come alberi o rocce, trasformandoli in folgoriti, strutture vetrose formate dalla fusione del terreno o di rocce causata dalla scarica elettrica;
- Protezione dai fulmini: la fulminazione è pericolosa, ma possono essere installati sistemi di protezione dai fulmini, come parafulmini o conduttori di terra, per ridurre il rischio di danni a edifici e persone;
- Energia dei fulmini: un fulmine può generare una quantità incredibile di energia, con temperature della scarica che possono raggiungere i 30.000°C (circa 54.000 gradi Fahrenheit). Questa energia può essere sfruttata per la produzione di elettricità tramite sistemi di cattura dei fulmini.
