Ein Blitz zuckt am Himmel und kurze Zeit später folgt das Grollen des Donners. Ein Gewitter zieht auf. Doch was ist ein Blitz, was ist ein Donner, und wie entsteht ein Gewitter? Und gibt es Möglichkeiten herauszufinden, wie weit ein Gewitter entfernt ist? All das erfährst du hier: Wie weit ist das Gewitter entfernt? Wie hängen Blitz und Donner zusammen? Wie kann mit der Schallgeschwindigkeit der Abstand zu einem Gewitter ermittelt werden? Plus Erklärungen zur Entstehung von Gewittern und Tipps zum richtigen Verhalten bei Gewittern.
Entfernung des Gewitters berechnen
Schallgeschwindigkeit: Formel
Der Schall bewegt sich bei einer Durchschnittstemperatur von 20 Grad Celsius mit einer Geschwindigkeit von 343,2 Metern pro Sekunde durch die Luft, sodass er langsamer als das Licht ist.
So ist es auch zu erklären, dass du den Blitzeinschlag siehst, noch bevor du das Geräusch des Donners hörst.
Blitz-Entfernung berechnen
Die Entfernung eines Gewitters kann auch mit einer mathematischen Formel berechnet werden. Dazu wird der in Sekunden berechnete Abstand zwischen Blitz und Donner mit der Schallgeschwindigkeit multipliziert.
Im Ergebnis erhältst du die Entfernung eines Gewitters in Metern. Um die Entfernung in Kilometern zu erhalten, wird die in Metern errechnete Distanz durch 1000 dividiert, wobei die Lichtgeschwindigkeit vernachlässigt werden kann.
Die Messung ist auch mit der mathematischen Formal nicht ganz präzise, da sich der Schall, abhängig von der Luftfeuchtigkeit und der Temperatur, mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten durch die Luft bewegt. Wie weit man von einem Gewitter entfernt ist, ermittelt man mit folgenden Formeln:
Der Abstand zum Gewitter berechnet sich, indem man die Zeit zwischen Blitz und Donner in Sekunden mit der Schallgeschwindigkeit mal nimmt. In trockener, 20° C warmer Luft beträgt diese 343,2 Meter pro Sekunde.
Um die Entfernung in Kilometern zu erhalten, teilt man die Distanz in Metern durch 1000.
Hier eine Beispielrechnung: Du hast zwischen Blitz und Donner einen zeitlichen Abstand von 10 Sekunden gemessen. In Metern beträgt die Entfernung 10 Sekunden x 343,2 Meter pro Sekunde. Das ergibt in der Summe 3432 Meter, die durch 1000 geteilt werden, um die Kilometerzahl zu erhalten. Das entspricht im Ergebnis 3,43 Kilometern.
Faustformel für Gewitter
Bist du im Gelände unterwegs und kommt ein Gewitter auf, gibt es eine einfache Faustformel, mit der du berechnen kannst, wie weit das Gewitter entfernt ist. Dabei kommt es auf die Zeit an, die zwischen dem Blitz und dem nachfolgenden Donner liegt. um sie zu berechnen, zählst du die Sekunden, die zwischen Blitz und Donner liegen. Damit du die Dauer einer Sekunde möglichst genau erreichst, ist es sinnvoll, wenn du in Tausenderschritten zählst, also eintausend, zweitausend, dreitausend, viertausend, usw. Einfacher ist es mit einer analogen Uhr, die einen Sekundenzeiger hat, oder mit einer digitalen Uhr mit entsprechender Anzeige. Hast du ein Smartphone bei dir, kannst du auch die Stoppuhr laufen lassen. Unabhängig von der Zählmethode teilst du die Sekunden zwischen Blitz und Donner durch die Zahl drei. Im Ergebnis erhältst du eine Zahl, die ein grober Hinweis darauf ist, wie viele Kilometer das Gewitter von dir entfernt ist. Warte einige Minuten ab und wende diese Faustformel erneut an. Wiederhole diese Berechnung einige Male im Abstand von einigen Minuten. Auf diese Weise findest du heraus, ob das Gewitter näher kommt oder ob es langsam abzieht. Je näher ein Gewitter ist, umso wichtiger ist es, bestimmte Verhaltensregeln zu beachten.
Hintergrund dieser Berechnungsmethode ist, dass der Schall rund einen Kilometer innerhalb von drei Sekunden zurücklegt. Dementsprechend lässt sich die Entfernung zwischen Blitz und Donner mit dieser einfachen Faustformel berechnen. Diese Methode funktioniert nur dann, wenn das Geräusch des Donners eindeutig einem Blitz zugeordnet werden kann. Kommt es jedoch zu mehreren kurz aufeinander folgenden Entladungen und überschneiden sich die nachfolgenden Donnergeräusche, ist ein sicheres Zuordnen nicht mehr möglich, sodass die Faustformel nicht anwendbar ist. Das gilt auch dann, wenn am Horizont ein Blitz erkennbar ist, der nachfolgende Donner jedoch ausbleibt. Das ist ein Hinweis darauf, dass du das Gewitter erst einmal nicht zu fürchten brauchst, weil es noch weit entfernt ist. Bei einer Entfernung von über 18 Kilometern werden die Schallwellen teilweise von der Atmosphäre absorbiert, sodass kein Donner für das menschliche Ohr wahrnehmbar ist.
Möchte man die Entfernung nur grob überschlagen hilft folgende Formel:
Der Abstand zum Blitz in Kilometern ergibt sich, wenn man die Dauer zwischen Blitz und Donner durch 3 teilt.
Verhalten bei Gewitter
Alle Infografiken dürfen kostenlos verwendet werden. Für Lehrer gibt es alle Infografiken gesammelt als Schwarzweiß-Arbeitsblätter. Zum Download und weitere Informationen.
Richtiges Verhalten bei einem Gewitter
Ein Gewitter und auch Blitze sind nur dann gefährlich, wenn du dich nicht an bestimmte Regeln hältst. Bist du draußen unterwegs, solltest du diese Verhaltensregeln beachten:
- Bist du mit einem Boot auf dem Wasser unterwegs, solltest du sofort ans Ufer zurück und dort das Boot umgehend verlassen. Grund ist, dass Wasser Blitze weiterleitet.
- Das bedeutet auch, dass du bei einem Gewitter auf gar keinen Fall schwimmen gehen darfst und dass du bei Gewitter auch wasserführende Rinnsale, Flüsse und Bäche meiden solltest.
- Stelle dich niemals unter einen Baum. Dabei spielt es keine Rolle, um welche Art von Baum es sich handelt. Du solltest mindestens zehn Meter vom nächsten Baum entfernt sein. Grund ist, dass Blitze bevorzugt in die höchsten Objekte oder Gebäude einschlagen. Das gilt auch für Laternen, Türme, Ampelmasten, Strommasten und andere hohe Gegenstände aus Metall.
- Du solltest deshalb auch nicht in einer Schutzhütte Unterschlupf vor dem Gewitter suchen, die direkt unter oder neben einem Baum steht.
- Auf das Aufspannen eines Regenschirms solltest du bei einem Gewitter verzichten, da auch er aus Metall gefertigt ist.
- Auch dein Fahrrad weist Metallteile auf. Deshalb solltest du bei einem Gewitter absteigen und mindestens fünf Meter Abstand zu deinem Fahrrad halten.
- Hast du ein Smartphone dabei, kannst du ohne Gefahr telefonieren, um zuhause Bescheid zu sagen oder dich abholen zu lassen.
Bisher wurde nur beschrieben, was du nicht tun solltest. Aber was sollst du bei Gewitter tun, um dich wirksam zu schützen?
Meide höhere Erhebungen, zum Beispiel einen Hügel oder Berg. Bist du auf dem Gipfel eines Berges, steige bei Gewitter 100 Meter hinab. Am sichersten bist du in einer Mulde, in der du diese Schutzhaltung einnehmen solltest: Gehe in die Hocke, beuge deinen Kopf nach vorne und bedecke ihn mit beiden Händen. Ganz wichtig ist, dass du deine Füße nahe aneinander stellst. Wenn irgendwie möglich: Stelle dich auf Gummi (Gummisohlen von Schuhen gehen natürlich auch), denn Gummi isoliert Auf diese Weise bietest du dem Blitz eine sehr geringe Angriffsfläche. Deshalb solltest du dich auf gar keinen Fall flach auf den Boden legen, da die Angriffsfläche sehr viel größer ist als in der Hocke.
Blitz und Donner – wie entstehen sie?
Gewitter werden immer von Blitz und Donner begleitet. Doch wie entstehen diese sichtbaren und hörbaren Begleiterscheinungen von Gewittern? In Gewitterwolken herrschen starke Winde, wodurch Reibungsenergie entsteht, die gewaltige elektrische Ladungen aufbaut. Während sich die Oberseite einer Wolke, in der sich Eiskristalle bilden, immer stärker positiv auflädt, enthält die Unterseite Wassertröpfchen und lädt sich negativ auf. Zu vergleichen ist der Spannungsaufbau mit einer Batterie und ihren entgegengesetzten Polen. Der Spannungsunterschied zwischen beiden Polen wird immer größer. Sobald er groß genug ist, entlädt er sich durch Blitze, deren Riesenfunken die Luft bis auf 5.000 bis 10.000 Grad Celsius, in Einzelfällen auch mehr, erhitzen können. Zunächst wandern die Gewitterfunken zwischen den Wolken hin und her. Ob sich der Spannungsunterschied in einem Blitz entlädt, ist abhängig von der Höhe der Wolkenuntergrenze. Bei einer Wolkenuntergrenze, die nicht höher als 3.000 Meter über der Erde liegt, kommt es zu einem Blitz, der sich immer den kürzesten Weg zum Erdboden sucht. Die Blitzbahn beträgt dabei nur wenige Zentimeter. Auf dem Weg nach unten umgeht der Blitz die Bereiche in der Luft, die einen großen elektrischen Widerstand aufweisen. Das ist der Grund, weshalb du den Blitz als Zackenlinie wahrnimmst. Durch den Blitz kann sich eine Stromstärke von mehr als 100.000 Ampere entwickeln, wobei die Spannung auf viele Millionen Volt geschätzt wird. Durch die enorme Hitzeentwicklung dehnt sich die Luft sehr schnell aus, wodurch Schallgeschwindigkeiten von 330 Metern pro Sekunde (330 m/s) erzielt werden.
Ist die heiße Luft schneller als der Schall, durchbricht sie die sogenannte Schallmauer, was du als lauten Knall wahrnimmst und was als Donner bezeichnet wird. Es ist eine Druckwelle der Luft, die in wenigen tausendstel Sekunden im Blitzkanal entsteht und die mit einer Explosion vergleichbar ist. Der Donner eines in der Nähe niedergehenden Blitzes klingt wie ein lauter Knall. Auf weiter entfernte Blitzeinschläge folgt ein eher grollender Donner. Die Reichweite des Donners ist abhängig von der Temperatur, von der Luftfeuchtigkeit und auch von der Windrichtung. Tatsächlich erfolgen Blitz und Donner zur selben Zeit. Allerdings breitet sich Licht schneller aus als der Schall, sodass der Donner immer zeitversetzt auf den Blitz folgt.
Entstehung von Gewittern
Es gibt eine bestimmte Wetterlage, die das Auftreten von Gewittern begünstigt. Voraussetzung für ein Gewitter ist warme und feuchte Luft am Boden. Das passiert meistens im Sommer oder auch im Spätfrühling. Feuchte Luft bedeutet, dass diese Luft viel Wasserdampf enthält. Steigt die feuchte Luft auf, kühlt sie sich unter der Voraussetzung ab, dass die Temperatur mit zunehmender Höhe stark abnimmt. Es bilden sich kleinste Wassertropfen, die du von unten nicht als Wolke siehst. Aus dieser Wolke kann eine Gewitterwolke werden. Das passiert dann, wenn die Wassertropfen nicht auf den Boden fallen, sondern immer weiter nach oben aufsteigen. Kühlen sich die Wassertropfen dabei noch weiter ab, werden die kleinen Wassertropfen zu Eiskugeln. Die Eiskugeln sinken aufgrund ihres Gewichts in der Wolke herab. Nicht selten werden sie durch die Luftzirkulation wieder nach oben gerissen, wo sie noch größer werden. Irgendwann werden sie so schwer, dass sie als Hagelkörner auf die Erde prasseln. Entscheidend für das Entstehen eines Gewitters ist die sogenannte Kondensationswärme. Sie wird freigesetzt, wenn der Wasserdampf der aufsteigenden Luft, der gasförmig ist, durch sinkende Temperaturen abgekühlt wird und sich dadurch in kleine Wassertröpfchen verwandelt. Diese Kondensationswärme unterstützt das Aufsteigen der Luft. Grund ist, dass warme Luft leichter ist als kalte Luft.
Gewitter können prinzipiell das ganze Jahr über entstehen. Sie treten jedoch in Deutschland vor allem im Juli auf. Am häufigsten bilden sich Gewitter in tropischen Zonen, da die Luftfeuchtigkeit besonders hoch ist. Im Durchschnitt existiert eine Gewitterwolke etwa eine halbe Stunde, sofern es sich um ein gewöhnliches Wärmegewitter handelt.