Erróneamente, muchas personas tienden a creer que un relámpago y un rayo son la misma cosa, pero para la ciencia, éstas son cosas bien distintas. No obstante, ambos son fenómenos naturales que han fascinado a la humanidad prácticamente desde siempre.
Diferencias entre relámpagos y rayos
Para comenzar, debemos diferenciar el relámpago del rayo. El rayo se resume brevemente como una descarga electrostática en la atmósfera y se produce entre dos nubes o bien entre una nube y la superficie. El rayo ocurre cuando la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos supera un límite de aproximadamente 30.000 voltios. Es entonces cuando se produce la ruptura dieléctrica del aire, convirtiéndolo en conductor eléctrico y produciendo una descarga eléctrica en forma de rayo.
Por otra parte, el relámpago es el resplandor resultante de esta gran descarga, la cual libera tanta energía y de manera tan repentina, que fuerza una manifestación lumínica. El cómo se produce exactamente un rayo es un proceso que la ciencia no comprende absolutamente del todo y del que existen varias explicaciones (sin mencionar las consabidas controversias).
¿Cómo se produce un rayo?
Las explicaciones a las que aludía no se refieren a rayos positivos, ya que estos son una variedad más rara del fenómeno, que se produce en las regiones cargadas positivamente de la nube. Ahora veamos la Teoría de inducción electrostática, la más aceptada y recurrente al explicar este fenómeno de la naturaleza.
Esta apunta a que cargas eléctricas son movilizadas por procesos aún desconocidos. La separación de cargas requeriría fuertes corrientes ascendentes que llevarían pequeñas gotas de agua hacia arriba, enfriándose a temperaturas de entre -10 y -20 grados centígrados. Estas diminutas gotas chocan con cristales de hielo para formar una mezcla de agua y hielo. Las colisiones también hacen que una ligera carga positiva sea transferida a los cristales de hielo y una ligera carga negativa pase a la mezcla de hielo y agua.
Así es que las corrientes ascendentes llevan los cristales de hielo más ligeros hacia arriba, haciendo que la nube aumente su carga positiva. La gravedad hace que la mezcla de hielo y agua cargada negativamente caiga en la parte media e inferior de la nube, creando una carga negativa. La separación de cargas y la acumulación continúan hasta que el potencial eléctrico es suficiente como para iniciar una descarga eléctrica, la que ocurre cuando la distribución de las cargas positivas y negativas forman un campo eléctrico lo suficientemente fuerte.
Esta es la teoría más aceptada y verificada, siendo la ausencia de una explicación completa para el mecanismo de polarización su principal problema. Una explicación alternativa a la hipótesis de inducción es que las gotas de agua y hielo se polarizan naturalmente mientras caen por el campo eléctrico de la Tierra.
El rayo es una de las fuerzas más poderosas y devastadoras del mundo, pero en el 80% de los casos que uno impacta en un ser humano, este sale con vida. Empleando imágenes por satélite, se ha llegado a estimar que cada segundo caen unos 44 rayos en el mundo.
¿Cómo se produce un relámpago?
El preludio de un relámpago es la separación de las cargas eléctricas en la nube: la negativa se acumula en la parte inferior, mientras que la positiva lo hace en la superior. Cuando la carga negativa crece lo suficiente para vencer la resistencia eléctrica del aire -que sucede a unos 18.000 voltios-, un flujo de electrones empieza a descender de la nube zigzagueando hacia la tierra (rayo). La proximidad de los electrones hace que se acumulen cargas positivas en la tierra, que usan cualquier objeto conductor de la zona para ascender: edificios, árboles o personas. Y empieza el despliegue pirotécnico, una especie de cortocircuito a lo bestia. En menos de una milésima de segundo, la corriente alcanza de unos 10.000 a 200.000 amperios. Aunque el flujo real de partículas es descendente, el punto de contacto entre el chorro de la nube y el de tierra asciende a 80.000 km/s. Este contragolpe contribuye con más electrones y calienta el aire a unos 50.000ºC. Cada metro de aire caliente en el canal del rayo brilla tanto como un millón de bombillas de 100 vatios. Este brillo del contragolpe ascendiendo es el relámpago, sólo que a nosotros nos parece como si descendiera.
¿Y los truenos?
Los truenos se producen cuando un rayo calienta instantáneamente a 30.000 ºC el aire por el que se mueve. Este aire, que está a una temperatura muy caliente, aumenta de volumen y se expande a gran velocidad. Al toparse con una masa de aire frío del entorno, su temperatura baja bruscamente y se contrae. Estos movimientos de expansión y contracción generan ondas de choque que provocan el ruido del trueno.
Normalmente, el ruido del trueno suele escucharse unos segundos más tarde de haber visto el rayo. Algunos defienden que es posible determinar la distancia a la que caen los rayos contando los segundos entre el rayo y el trueno, porque la luz se mueve más rápido que el sonido. La velocidad de la luz es de 300.000Km/s, mientras que la del sonido es 0.340Km/s.
No obstante, hay quien asegura que el sonido del trueno no se propaga mediante las ondas sonido, sino a través de las de choque, que se mueven a una velocidad no constante de 12-14 km/s, cuarenta veces mayor que la del sonido. Esta teoría pone en duda la eficacia de dicho método para calcular la distancia a la que caen los rayos.
El rayo produce ondas explosivas que se propagan a través del aire y provocan un chasquido inicial. Cuando este sonido es fuerte y brusco, se puede deducir que el rayo se ha producido muy cerca de nosotros. Por el contrario, cuando el rayo se ha dado con bastante anterioridad respecto a la percepción del sonido, se oyen descargas sordas que cambian de intensidad. Esto indica que nos situamos a una distancia mayor del punto de descarga.
Fuentes:
