З дитинства багато з нас задаються запитанням: «Чому не падають хмари?» Фізики намагаються розкрити цей загадковий феномен, пояснюючи, як утворюються ці легкі кульки, що зависають у нашому небі, і чому вони тримаються так високо.
Це цікаво: Вчені розповіли, чому хлопці випереджають дівчат у математиці
Як формується хмара
Згідно з науковими дослідженнями, коли повітря біля поверхні Землі нагрівається, воно починає підніматися вгору, винесучи з собою водяну пару, яка легша за такі гази, як азот і кисень. Це схоже на те, як піднімаються повітряні кулі, наповнені гарячим повітрям, зазначає IflScience.
Чим вище піднімається повітря, тим холодніше стає температура, що призводить до його охолодження. Саме в цей момент водяна пара конденсується у дрібні краплі та кристали льоду, які і об’єднуються, формуючи хмару. Цікаво, що ми можемо бачити хмари завдяки відбиттю світла від великої кількості крапель води та льоду.
Скільки важать хмари та чому не «падають»
За словами вчених, вага хмари залежить від її розміру та кількості конденсованої води. В середньому, в одній купчастій хмарі міститься близько 0,5 грама води на кожен кубічний метр. Отже, хмара об’ємом 1 кубічний кілометр може важити до 500 тонн.
Вчені підкреслюють, що принцип «тримання» хмар у повітрі нагадує політ повітряної кульки, наповненої гелієм. У цьому випадку секрет полягає в співвідношенні тиску, температури, ваги та щільності повітря. Ще один приклад – нафта на воді, яка не тоне, оскільки є менш щільною.
Вологе повітря у хмарах легше сухого, тому при однакових показниках тиску і температури, водяний пар має меншу питому вагу, ніж повітря. Попри величезну загальну вагу крапель води у хмарах, кожна з них залишається в повітрі. Коли краплі об’єднуються у більші, їх вага зростає, і, досягнувши певного розміру, вони починають падати, стаючи дощем.
Проте, за словами експертів, краплі води в хмарах складають лише незначну частину загального об’єму. Звичайна купчаста хмара, наприклад, містить близько 0,5 грама води на кубічний метр, що швидко накопичується в розрідженому об’ємі хмари.
Дослідження фізики
Фізики акцентують увагу на тому, що, незважаючи на велику загальну вагу крапель, хмари не «падуть» через велику площу поверхні. Сила опору повітря на маленькі краплі води достатня, щоб підтримувати їх кінцеву швидкість. Це означає, що навіть якщо краплі постійно падають, повітря під ними штовхає їх вгору.
Наприклад, крапля з радіусом 10 мікронів падає зі швидкістю 1 см/с, тоді як краплі з радіусом 50 мікронів падають зі швидкістю 26 см/с. Фізик Луї Дж. Баттан у своїй книзі «Хмарна фізика» зазначає, що як тільки радіус дощової краплі перевищує 0,1 міліметра, опір повітря вже недостатній для протистояння гравітації, тому краще взяти парасольку!
Таким чином, хмари тримаються у повітрі завдяки складному балансі сил. Вони стають видимими завдяки конденсації водяної пари, а їх вага не заважає їм залишатися в небі, поки краплі не досягнуть критичного розміру. Тож щоразу, коли ви піднімаєте голову до неба, можете спостерігати, як наука допомагає пояснити щоденний феномен, який оточує нас.