Esta es una de las frases más famosas de la historia del cine (aunque no le disputa el trono a la de Blade Runner). No recuerdo muy bien la película, pero tenía algo que ver con contar el tiempo que tarda en llegar el trueno tras divisar el rayo que lo origina. Y de esto es de lo que voy a hablar hoy, motivado por una conversación que tuve esta mañana.

Primero, un poco sobre el origen físico. El primer paso es la separación de cargas eléctricas en la nube; desde el primer día de La Web de Física, tenemos un trabajo hecho por h[e]rtz sobre la electrificación en tormentas, remito a los lectores a ese artículo para mayor detalle. El caso es que se llegan a diferencias de tensión de entre uno y mil millones de voltios entre la nube y un objeto en el suelo.

El aire es generalmente no conductor de la electricidad (lo que llamamos dieléctrico). Esto es así ya que no hay cargas netas que puedan moverse libremente. No obstante, bajo una diferencia de potencial tan grande, es posible que se ionicen los átomos del aire, creando un canal conductor de entre dos y cinco centímetros; lo que recibe el nombre de ruptura dieléctrica. Toda la energía eléctrica se transmite por el canal conductor en un tiempo increíblemente pequeño, entre y , con una intensidad de entre 5 y 340 millones de Amperios. Toda esta energía se disipa básicamente en forma de luz y calor.

La luz forma lo que llamamos relámpago, viaja hasta nosotros a una velocidad constante de 299 792 458 m/s, la velocidad de la luz. Esta velocidad es tan increíblemente grande (daría la vuelta al ecuador terrestre siete veces y media por segundo) por lo que observamos el relámpago, a efectos prácticos, en el mismo instante en que se produce la descarga.

Por otro lado, la energía desprendida en forma de calor, aproximadamente el 90% del total, causa una violenta subida de la temperatura del aire al rededor de la trayectoria del relámpago. El aire pasa de temperatura ambiente a 27 000ºC, lo que provoca una violenta expansión del aire circundante. Al intentar expandirse, el aire intenta ocupar más espacio, desplazando grandes masas de aire. El aire desplazado, a su vez, desplaza más aire en un diámetro de 10 metros... y así sucesivamente creando una onda de choque en el aire. Esta onda contiene aproximadamente un 1% de la energía inicial del rayo. Las ondas en el aire son percibidas por el oído humano como sonido.

La velocidad del sonido es proporcional a la raíz cuadrada de la temperatura, siendo de 344m/s a 20ºC. La temperatura del aire suele disminuir con la altura, por lo que el sonido irá más rápido a ras de suelo. Esto causa una desviación de la trayectoria del sonido, como si de una lente se tratara: el trueno será deflectado hacia arriba, siguiendo una trayectoria convexa desde el punto de origen hasta nuestro oído. En caso de inversión térmica, pasará al revés, obviamente.

Además, el sonido del trueno (que podríamos bautizar como tronido) no se genera en un sólo punto, sino a lo largo de los varios kilómetros del relámpago. Por lo tanto, el sonido procedente de la parta más alta del relámpago -que llevará la mayor parte de la energía sonora- llegará con varios segundo de demora respecto al inicio del trueno. Esta es la causa que el trueno dure mucho más que el propio relámpago, con intensidad variable a lo largo del tiempo.

Utilizando estos hechos, se suele utilizar el retardo entre relámpago y trueno para estimar la distancia a la que están cayendo los rayos, tal y como pasaba en la película Poltergeist. La velocidad del sonido, a ras de suelo, es tal que el tronido cubre un kilómetro cada tres segundos aproximadamente. Por lo tanto, basta con contar el tiempo transcurrido entre destello e inicio del trueno y dividir el resultado entre tres para obtener nuestra estimación, en kilómetros, del punto de impacto del rayo.

No obstante, la mayor parte de la gente hace esto mal... éste era el tema de la conversación mañanera que mencioné al principio. La gente suele decir "uno" al ver el destello; "dos" un segundo más tarde; "tres"... Pero usando este método, estamos sobreestimando el tiempo en un segundo. Lo que se debe decir en el instante del relámpago es "cero", esperando un segundo entero antes del "uno".

Así, pues... si no cuentas bien, y oyes el trueno en "uno", significa que ya están aquí.


Fuentes:
http://es.wikipedia.org/wiki/Rayo
http://www.lightningsafety.com/nlsi_info/thunder2.html