Ta thấy chớp trước khi nghe sấm vì ánh sáng đi nhanh hơn âm thanh gần một triệu lần. Ánh chớp tới mắt gần như ngay lập tức, còn tiếng sấm chỉ đi khoảng 343 mét mỗi giây trong không khí ở 20 °C. Vì thế đếm số giây từ lúc thấy chớp tới lúc nghe sấm rồi chia cho 3 là ra khoảng cách tới tia sét tính bằng kilômét: cách 3 giây là chừng 1 km.
Hai tín hiệu xuất phát cùng lúc, tới nơi khác lúc
Tia sét và tiếng sấm sinh ra cùng một khoảnh khắc. Dòng điện trong tia sét nung nóng một kênh không khí hẹp lên tới hàng chục nghìn độ chỉ trong vài phần triệu giây. Không khí bị nung nóng đột ngột giãn nở mạnh, tạo ra một sóng áp suất lan ra xung quanh. Gần tia sét, đó là một sóng xung kích nghe như tiếng nổ chát chúa; đi xa hơn, nó yếu dần thành tiếng ầm ì ta gọi là sấm.
Ánh sáng từ kênh nóng sáng ấy bay đi với tốc độ khoảng 300.000 km mỗi giây. Với một tia sét cách bạn 1 km, ánh sáng mất khoảng 3,3 phần triệu giây để tới mắt. Con số đó nhỏ tới mức có thể coi là bằng không. Trong khi đó âm thanh cần gần 3 giây cho cùng quãng đường. Toàn bộ khoảng chênh bạn đếm được gần như hoàn toàn là thời gian đi đường của tiếng sấm.
Cách đếm giây để ước khoảng cách
Quy tắc dễ nhớ nhất: số giây chia 3 ra kilômét. Ai quen dùng dặm thì chia 5 ra dặm. Cách đếm:
- Thấy chớp là bắt đầu đếm, đều nhịp "một nghìn lẻ một, một nghìn lẻ hai…" để mỗi tiếng đếm gần đúng một giây. Có đồng hồ bấm giây trên điện thoại thì càng tốt.
- Dừng đếm ở tiếng sấm đầu tiên nghe được, không đợi tiếng to nhất.
- Lấy số giây chia 3.
| Số giây từ chớp tới sấm | Khoảng cách ước tính | Nghĩa là |
|---|---|---|
| Dưới 1 giây | Dưới khoảng 300 m | Sét đánh rất gần, gần như tiếng nổ |
| 3 giây | Khoảng 1 km | Vẫn rất gần |
| 6 giây | Khoảng 2 km | Cơn dông đang ở sát khu vực |
| 15 giây | Khoảng 5 km | Vẫn nằm trong tầm sét có thể đánh tới |
| 30 giây | Khoảng 10 km | Sấm bắt đầu nhỏ, dễ bị tiếng ồn che |
| Thấy chớp, không nghe sấm | Thường trên 15–20 km | Tiếng sấm đã tắt dần hoặc bị địa hình, gió chặn |
Vì sao chọn tiếng sấm đầu tiên? Tia sét dài vài kilômét. Phần gần bạn nhất cho tiếng tới sớm nhất, nên tiếng đầu tiên đo đúng khoảng cách tới điểm gần nhất của tia sét, cũng là điểm đáng lo nhất.
Phép tính đầy đủ hơn
Tốc độ âm thanh trong không khí khô tăng theo nhiệt độ, xấp xỉ 331 + 0,6 × T mét mỗi giây (T tính bằng °C). Ở 0 °C là khoảng 331 m/s, ở 20 °C khoảng 343 m/s, ở 30 °C khoảng 349 m/s. Chênh lệch giữa ngày lạnh và ngày nóng chỉ vài phần trăm, nhỏ hơn nhiều so với sai số khi đếm bằng miệng. Vì thế quy tắc "chia 3" dùng được quanh năm ở Việt Nam mà không cần chỉnh.
Sai số lớn nhất nằm ở chính người đếm: phản ứng bấm đồng hồ chậm vài phần mười giây, đếm nhịp nhanh khi hồi hộp, hoặc lỡ nghe nhầm tiếng sấm của một tia sét khác. Hai người đếm cùng một tia sét thường lệch nhau một giây là chuyện bình thường.
Vì sao sấm ì ầm kéo dài chứ không nổ một tiếng
Nếu tia sét là một điểm, sấm sẽ chỉ là một tiếng nổ ngắn. Nhưng tia sét là một đường ngoằn ngoèo dài vài kilômét, có nhiều nhánh. Mỗi đoạn của nó phát ra tiếng gần như cùng lúc, nhưng các đoạn nằm ở khoảng cách khác nhau so với tai bạn. Tiếng từ đoạn gần tới trước, tiếng từ đoạn xa tới sau vài giây, tạo thành chuỗi ì ầm.
Thêm vào đó, âm thanh dội lại từ núi, nhà cao tầng, các lớp không khí có nhiệt độ khác nhau. Một tia sét chạy gần như song song với mặt đất thường cho tiếng sấm dài và đều; một tia sét đâm thẳng xuống gần bạn cho tiếng "đét" ngắn, chói, rồi mới đến phần ầm ì. Nhiều tia sét còn gồm vài lần phóng điện liên tiếp theo cùng một kênh, mỗi lần cách nhau vài chục mili giây, nên ánh chớp như nhấp nháy và tiếng sấm có nhiều đợt.
Thấy chớp mà không nghe sấm
Những đêm hè, nhìn về chân trời có khi thấy mây lóe sáng liên tục mà tuyệt nhiên không có tiếng động. Dân gian có nơi gọi là "chớp đằng xa", tiếng Anh có tên "heat lightning" vì hay gặp vào đêm nóng. Thực chất đó là sét của một cơn dông ở rất xa. Ánh sáng đi được hàng chục, thậm chí hàng trăm kilômét và phản chiếu lên các tầng mây cao, còn tiếng sấm thì hiếm khi nghe được quá khoảng 15–20 km. Âm thanh yếu dần theo khoảng cách, bị không khí hấp thụ, và bị lớp không khí nóng sát mặt đất bẻ cong lên trời.
Một cái bẫy ở đây: không nghe sấm không có nghĩa là an toàn mãi. Cơn dông có thể di chuyển về phía bạn. Nếu khoảng đếm giữa chớp và sấm ngắn dần qua từng lần, cơn dông đang đến gần.
Cùng nguyên lý, gặp ở nhiều chỗ khác
Hiện tượng "thấy trước, nghe sau" không chỉ có ở sét. Bạn đã gặp nó nhiều lần:
- Pháo hoa: đứng xa vài trăm mét, bông pháo nở ra rồi một lúc sau mới nghe tiếng "bùm". Đứng cách 680 m thì trễ khoảng 2 giây.
- Sân vận động: ngồi tầng trên cao, khán giả thấy cầu thủ sút bóng rồi mới nghe tiếng "bộp" nhẹ, hoặc nghe tiếng hô của đám đông bên kia sân lệch nhịp.
- Công trường: nhìn người đóng cọc ở xa, búa chạm cọc trước rồi tiếng mới tới, có khi tiếng đến đúng lúc búa đang giơ lên lần sau.
- Súng hiệu xuất phát: vận động viên đứng xa người bắn súng sẽ nghe muộn hơn người đứng gần. Đây là lý do các cuộc thi chạy nước rút lớn đặt loa sau từng bục xuất phát để mọi người nghe tiếng hiệu cùng lúc.
Phép thử tự làm: đo tốc độ âm thanh bằng hai người và một cái nồi
Bạn có thể tự kiểm chứng con số 343 m/s mà không cần dụng cụ đặc biệt:
- Tìm một bãi đất trống hoặc sân bóng, hai người đứng cách nhau khoảng 300–500 m. Đo khoảng cách bằng bản đồ trên điện thoại hoặc đếm bước.
- Người A cầm hai nắp nồi, giơ cao rồi đập vào nhau thật mạnh. Người B nhìn thấy hai nắp chạm nhau thì bấm đồng hồ, nghe tiếng thì bấm dừng.
- Làm 10 lần, lấy trung bình. Chia khoảng cách cho thời gian trung bình.
Với 340 m, thời gian chờ chỉ khoảng một giây, nên phản ứng bấm của người B (khoảng 0,2 giây mỗi lần) ảnh hưởng lớn. Mẹo hay: thay vì bấm tay, người A đập nắp theo nhịp đều. Người B lùi dần ra xa cho tới khi tiếng đập nghe được rơi đúng vào lúc người A đập lần tiếp theo. Lúc ấy độ trễ đúng bằng một nhịp, và phép đo không còn phụ thuộc vào tay bấm. Đây cũng là cách các nhà khoa học thế kỷ 17–18 dùng tiếng đại bác và ánh lửa nòng để đo tốc độ âm thanh trước khi có thiết bị điện tử.
Góc nhìn hôm nay: đếm giây để biết lúc nào vào nhà
Phép đếm chớp – sấm không chỉ để cho vui. Các cơ quan khí tượng nhiều nước khuyên một nguyên tắc rất đơn giản: nghe được tiếng sấm là đã ở trong tầm sét đánh, nên vào nhà kiên cố hoặc vào trong ô tô kín, và chỉ ra ngoài lại khi đã khoảng 30 phút không còn nghe sấm. Sét có thể đánh xuống cách tâm cơn dông khoảng 10 km, tức đúng tầm mà sấm còn nghe được.
Ở Việt Nam, mùa dông tập trung từ khoảng tháng 4 đến tháng 9, nhiều nhất ở vùng đồng bằng và trung du. Người làm đồng, đi biển, đi câu, chơi bóng ngoài trời là những người nên thuộc phép đếm này nhất. Muốn tìm hiểu thêm về cấu tạo đám mây dông và cách sét hình thành, có thể đọc tài liệu phổ biến kiến thức của Tổng cục Khí tượng Thuỷ văn hoặc các bài khoa học phổ thông về điện khí quyển.
Câu hỏi thường gặp
Vì sao thấy chớp trước rồi mới nghe sấm?
Vì ánh sáng đi khoảng 300.000 km mỗi giây, còn âm thanh chỉ khoảng 343 m mỗi giây trong không khí. Chớp và sấm sinh ra cùng lúc, nhưng ánh sáng tới mắt gần như tức thì, tiếng sấm thì mất khoảng 3 giây cho mỗi kilômét.
Đếm giây giữa chớp và sấm tính khoảng cách thế nào?
Đếm số giây từ lúc thấy chớp tới tiếng sấm đầu tiên, rồi chia cho 3 để ra kilômét. Ví dụ đếm được 9 giây thì tia sét cách khoảng 3 km. Kết quả chỉ là ước lượng, sai vài trăm mét là bình thường.
Sấm cách bao nhiêu giây thì nguy hiểm?
Hễ còn nghe được sấm là bạn đã ở trong tầm sét có thể đánh tới. Khuyến cáo chung là vào nhà kiên cố ngay khi nghe sấm và đợi khoảng 30 phút sau tiếng sấm cuối cùng mới ra ngoài.
Tại sao có lúc thấy chớp mà không nghe sấm?
Đó thường là sét của một cơn dông ở xa, có khi cả trăm kilômét. Ánh sáng đi được rất xa và phản chiếu lên mây, còn tiếng sấm hiếm khi nghe được quá khoảng 15–20 km vì yếu dần và bị không khí bẻ cong lên trên.
Tiếng sấm được tạo ra như thế nào?
Dòng điện của tia sét nung nóng kênh không khí lên hàng chục nghìn độ trong khoảnh khắc. Không khí giãn nở đột ngột, tạo sóng áp suất lan ra, nghe như tiếng nổ ở gần và tiếng ì ầm ở xa.
