Вы когда-нибудь задумывались, почему облака остаются на небе? Этот вопрос многим из нас задавали любопытные дети, и его не всегда легко объяснить. Однако понимание научных основ может пролить свет на это природное явление.
Вопреки распространенному мнению, облака плавают не потому, что они менее плотные, чем воздух под ними. Все дело в движении воздуха и водяного пара. Когда воздух у поверхности Земли нагревается, он поднимается вверх, унося с собой водяной пар. Этот поднимающийся воздух менее плотный, чем окружающие его азот и кислород, что создает силу, поднимающую облака вверх и удерживающую их на плаву. Этот принцип похож на то, как воздушные шары отрываются от земли.
Но почему облака не поднимаются бесконечно долго, как воздушные шары, наполненные гелием? Ответ кроется в охлаждении воздуха. Когда воздух охлаждается, в нем образуются капельки воды и льда, которые и создают облака, которые мы видим. Эти капли составляют лишь небольшую часть объема облака, но быстро увеличиваются из-за большого объема самих облаков.
Как же эти тяжелые капли удерживаются в небе? Ключ к разгадке — в площади их поверхности. Каждая отдельная капля имеет большую площадь поверхности, что создает силу, направленную вверх, известную как сопротивление воздуха или сила плавучести. Эта сила противодействует гравитации и удерживает капли в воздухе. Маленькие капли имеют низкую конечную скорость, то есть они падают медленно и легко выталкиваются вверх находящимся под ними воздухом.
Однако такое равновесие не длится вечно. Внутри облака капли сталкиваются и сливаются, образуя более крупные капли. Поскольку эти капли становятся тяжелее по сравнению с площадью их поверхности, в конце концов они становятся слишком тяжелыми, чтобы сопротивление воздуха могло противостоять гравитации. В этот момент они падают с неба в виде капель дождя.
По словам Луиса Дж. Баттана, автора книги «Физика облаков», капля радиусом 10 микрон падает со скоростью 1 см/сек, а капли радиусом 50 микрон — со скоростью 26 см/сек. Когда радиус превышает 0,1 миллиметра, сопротивления воздуха уже недостаточно, чтобы удержать капли в воздухе, и начинается дождь.
Понимание научных основ облаков поможет нам оценить красоту и сложность нашей атмосферы. И когда в следующий раз ребенок спросит вас, почему облака остаются на небе, вы сможете уверенно объяснить ему роль сопротивления воздуха и гравитации в этом природном явлении.
Оригинал earth-chronicles.ru
