不知道你没有想过这样一个问题,为什么天空的云能在天上飘,同样在云彩中的雨为啥却能降落到地面呢?
根据测量数据显示,在我们天空上那些洁白且蓬松的云朵,它们的平均密度约为0.5克每立方米,平均体积为一立方米。
而通过计算公式质量等于密度乘体积得知,一朵云的平均重量可以达到500吨左右。那么问题来了,既然天空中的云朵如此重,为啥它们不会往下坠落,而是一直在天空漂浮呢?
对于这个有点儿反物理又真实存在的问题,很多人给出的解释是。云其实是由水蒸汽凝聚而成,而水蒸气的密度小于空气,所以说其实是空气支撑了它们,这就好比油能浮在水面一样。
不过这个说法其实并不完全准确,因为水蒸气是透明无色的气体。假如说空中的云朵真的像水蒸气那样透明的话,理论上来说,我们应该是看不见它们的真面目才对。
而现实生活中云朵是一群细小的液态水和固态冰晶组成的,它们一般是由上升到空气中的水蒸汽在高空低温的环境下冷凝而成。
简单来说,我们可以将这些组成云朵的物质称之为类似于水滴的云滴。由于这些云滴可以反射光线,在空中形成了可见聚合物,因此我们才能通过肉眼看到它们。
值得一提的是,我们在烧开水时产生的水蒸汽其实也是这种物质。有趣的是,云滴之间其实并没有相互吸引的连接作用,所以说从物理学的角度来看,一朵云并不能看作一个整体。
然而问题也出现在这里,因为不论是液态水滴还是固态冰晶,它们的密度都比空气大得多,这个时候密度低的空气肯定是不能支撑它们的。
所以说,假如只考虑到空气和云的密度的话,天上的云应该是要不断向下坠落才是。但是,现实却并非如此。那么,问题到底是出在哪里呢?
关于白云会不会坠落的问题,我们还得从终端速度说起。众所周知,一个物体在从上降落的时候,它的下降速度会在重力的影响下不断加快。
不过物体在大气中下降的过程中,还需要考虑到空气阻力的问题。根据空气阻力的公式,其中的C是空气阻力,S是物体的迎风面积,p为空气密度,V是相对空气的速度。
由此可见,在大气层中自由降落的物体,下降得越快空气中的阻力越大,不过,空气阻力并不会一直增加。
在不考虑空气浮力等微小因素影响的情况下,当空气阻力和重力相持平的时候,物体会一直以此时的速度降落,而这个时候的速度就是物体的最终速度。
换句话说,当物体达到最终速度的时候,它始终会受两个作用力,也就是重力和空气阻力,并且这两个力大小相同,方向相反。
而根据重力公式,重力等于物体质量乘重力加速度。我们可以发现,一个物体的质量越小,也就意味着重力和空气阻力越小,与之相对应的终端速度就越低。
这就是为什么蚂蚁从高空坠落到地面时不会受伤的原因,因为蚂蚁的质量很小,在下坠时的终端速度就很小。那么云滴 的质量难道要比蚂蚁还小吗?
500多吨重的云朵为什么始终不会掉下来?要知道,云朵其实是由大量单独的液态水和固体冰晶组成的。
而他们单个的尺寸通常都是微米级的,其质量甚至要比蚂蚁还小,所以说他们的下落时终端速度极低。
低到那种程度呢,在不受外界干扰的情况下,大概是每秒钟几毫米。所以说其实云朵并不是一直悬浮的,它们也在以肉眼察觉不到的极慢的速度不断地降落。
不过即使它们往下坠,也不可能会落回地面的。一方面这些物体质量小,终端速度低,所以说一旦受到上升气流的影响,它们下降的趋势就会被打断。
此外,当高空不断下降的时候,气温也会逐渐升高,等下降到某个高度时,这些细小的水滴和冰晶就会蒸发成比空气更轻的水蒸汽,然后重新被空气抬升。
等这些水汽上升到一定高度时,又会凝结成水滴和冰晶,进而对坠落下来的云层进行补充。也正是因为有这种循环机制存在,所以说我们能看见云朵始终在空中悬浮,而不是往下坠。
当然了,倘若云朵中的水滴和冰晶足够大的时候,那么上述这些机制都将不再阻碍它们坠落,这个时候落下来的水滴和冰晶就是我们熟悉的雨或者冰雹了。
所以说我们可以认为雨和冰雪就是从天上掉下来的云。对此,小伙伴们有什么看法,可以在下方评论留言!
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