雷はなぜ光ってから鳴る？ — 音まで何秒かで距離を計算できる
夕立の空がピカッと光って、ひと呼吸おいてからゴロゴロと鳴る。光と音は雷の中で同時に生まれているのに、届くまでの速さがまるで違うので、ずれて聞こえます。このずれはただの豆知識ではありません。秒数を数えると、雷までの距離が計算できます。
光と音は、同時に生まれている
気象庁の説明では、雷の光と音はほぼ同時に発生しています。それなのにずれて感じるのは、光のほうが音よりずっと速く伝わるからです。
光の速さは1秒におよそ30万km。地球を7周半できる速さなので、雷から見ている場所までにかかる時間は、無いのと同じです。いっぽう音が1秒に進むのは、およそ340m。気象庁の説明では、光は音の約100万倍の速さです。ピカッは「雷が生まれた瞬間」、ゴロゴロは「そこから音がゆっくり届いた時刻」。ずれの正体は、音の遅刻です。
秒数に340をかけると、雷までの距離になる
ピカッと光ったら、数をかぞえはじめてください。イチ、ニ、サン、でゴロゴロが聞こえたら、音は3秒かけて届いたことになります。1秒に340m進むので、340×3で1020m。雷はおよそ1km先にいます。
10秒なら3.4km。この「秒数×340m」は、そのまま入試の計算問題になります。下の確認クイズが、まさにその形です。
同じことは打ち上げ花火でも起きています。遠くの花火がパッと開いてから、少し遅れてドンと鳴る。あのずれも、光が先に届いて、音があとから追いかけている時間です。
ためしに、下のボタンで雷を落としてみてください。ピカッと同時に音が歩きはじめ、3つかぞえたころに家へ届きます。
音の速さは、気温で少し変わる
音の速さは、いつでもぴったり秒速340mではありません。0℃の空気中ではおよそ秒速331m。気温が1℃上がるごとに、およそ0.6mずつ速くなります。331 + 0.6 × 15 = 340 なので、秒速340mは「気温15℃のときの音の速さ」です。
だから試験の問題文には「音の速さを毎秒340mとします」という一文が付きます。音の速さは条件で変わる数なので、出題者が計算に使う値を宣言しているわけです。逆に、この一文を見つけたら「秒数×340」の合図だと思ってかまいません。340を丸暗記するより、331と0.6から340を作れるようにしておくと、どんな気温の問題が来ても手が止まりません。
遠い雷は、光だけが届く
夜、音のしない稲光を見たことがあるかもしれません。気象庁の説明では、空気の澄んだ夜なら200〜300km離れた雷の光も見えるといいます。光はそれだけ遠くまで届くのに、音のほうは空気をふるわせながら進むうちに弱まって、遠くまでは届きません。
音は空気のふるえです。伝えるものがなければ進めないので、空気のない真空の中では音は伝わりません。光は伝えるものがいらないので、真空の宇宙を越えて、太陽の光が地球まで届きます。
逆向きに考えると、ゴロゴロが聞こえた時点で、その雷は音が届くほど近くにいます。気象庁は「雷鳴が聞こえるなど雷雲が近づく様子があるときは、落雷が差し迫っています」として、すみやかに建物や車の中へ避難するよう呼びかけています。秒数を数えて「まだ3km先だ」と安心するのではなく、聞こえたら移動。数えるのは、安全な場所に入ってからで十分です。
ピカッときたら、かぞえはじめる
光は一瞬、音は1秒におよそ340m。 覚えるのはこれだけで、ずれの理由も、距離の計算も、ここから出てきます。
- なぜ光ってから鳴るのか → 音が1秒に340mずつしか進めないから
- 雷までの距離は → 光ってから音までの秒数 × 340m
- なぜ問題文は「毎秒340mとする」とことわるのか → 音の速さは気温で変わるから（0℃で約331m、1℃ごとに約0.6m）
次の夕立で試してみてください。窓の内側から、ピカッ、イチ、ニ、サン。鳴るたびに数が小さくなっていくなら、雷雲はこちらへ近づいています。
