Почему при близкой грозе слышен резкий оглушительный удар, а при далёкой слышен раскатистый гром?

Чтобы понять, почему при близкой грозе слышен резкий оглушительный удар, а при далёкой — раскатистый гром, нужно рассмотреть физические явления, связанные с распространением звука и его взаимодействием с окружающей средой.

1. Физическая природа грома
   Гром возникает из−за резкого расширения воздуха, которое сопровождает разряд молнии. Когда молния проходит через атмосферу, она нагревает воздух до очень высокой температуры (около 30 000 °C). Это происходит почти мгновенно, что приводит к резкому увеличению объёма воздуха. Воздух, расширяясь, создаёт ударные волны, которые мы воспринимаем как звук. Эти волны распространяются в виде звуковых колебаний, и именно они формируют гром.

2. Скорость звука
   Скорость звука в воздухе при нормальных условиях составляет около 343 м/с. Это значит, что звуковая волна от молнии распространяется с конечной скоростью, и мы слышим её спустя некоторое время после того, как видим вспышку молнии. Разница между моментом появления молнии и моментом, когда до нас доходит звук грома, позволяет нам оценить расстояние до грозы.

3. Особенности звука при близкой грозе
   Когда молния ударяет недалеко от наблюдателя, звуковая волна доходит до ушей практически без изменений. В этом случае мы слышим звук ударной волны как резкий, сильный и оглушительный хлопок. Это связано с тем, что звук распространяется по прямой линии, искажения минимальны, а энергия ударной волны сохраняется больше, чем при удалении на большие расстояния. Кроме того, из−за близкого расстояния пути, по которым звук доходит до нас, практически идентичны, и мы слышим гром как единичный короткий звук.

4. Особенности звука при далёкой грозе
   Если гроза находится далеко, то звуковая волна проходит через множество слоёв атмосферы и препятствий на своём пути. Она отражается от земли, деревьев, зданий, а также рассеивается в воздухе. Эти эффекты приводят к тому, что ударная волна теряет свою энергию, а её составляющие частоты (от низких до высоких) доходят до нас с некоторым запаздыванием. Высокие частоты заглушаются быстрее, чем низкие, поэтому при отдалённой грозе гром кажется более низким по тону. Отражения и преломления звука в атмосфере создают эффект "раскатов", когда гром звучит не как единичный удар, а как длинный, постепенно затухающий звук.

5. Сравнение ударного и раскатистого звуков
   В случае близкой грозы звуковая волна распространяется практически прямо от источника (молнии) до слушателя, поэтому гром кажется резким и коротким. При далёкой грозе звук многократно отражается и рассеивается, что приводит к его постепенному ослаблению и удлинению по времени восприятия.

6. Роль атмосферных условий
   На распространение звука также влияют атмосферные условия, такие как влажность, температура и плотность воздуха. Например, тёплый воздух ближе к земле может создавать рефракцию (преломление) звуковых волн, что тоже влияет на восприятие грома. В холодных слоях атмосферы звук может распространяться на большие расстояния, что также усиливает эффект "раскатов" при далёкой грозе.

Таким образом, различия в характере грома при близкой и далёкой грозе связаны с особенностями распространения звуковых волн, их взаимодействием с окружающей средой и потерей энергии по мере удаления от источника.