一朵云可重达500吨,为何它们不会掉下来,而是漂浮在空中?


一朵云可重达500吨,为何它们不会掉下来,而是漂浮在空中?


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一朵云可重达500吨,为何它们不会掉下来,而是漂浮在空中?


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一朵云可重达500吨,为何它们不会掉下来,而是漂浮在空中?


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蓝天白云总让人心情舒畅 , 当您欣赏着那朵朵飘浮于空中的白云 , 可曾想过一朵白云可能有多大?
实测资料表明 , 通常飘浮于空中的那朵美丽而毛茸茸的白云平均密度大约0.5g/m3 , 体积大约1立方公里 。 而这种云通常被认为是由大量微小颗粒构成的“微尘” , 因此它的重量大约只有2千克左右 。 那么 , 为什么会有这样大的云呢?这是因为它们具有很强的浮力 。 通过简单的计算 , 我们会得出结论:一片云的重量可达五百吨 。

于是问题来了 , 天上的云朵如此沉重 , 天上的云朵怎么会不落下?这是因为云并不是由水滴形成的 。 水滴是由水和固态物质组成的 , 它们之间存在着引力作用 , 只有当我们把它放在水中时 , 才能使之上浮或下沉 。 关于这一点 , 一种较为普遍的看法是云实际上是水蒸气 , 而且水蒸气密度小于空气 , 因此是空气托着云团 , 这一原理就如同“油可以浮在海面上” , 非常简单 , 但这一看法却非常片面 。
道理很简单:水蒸气是一种无色、透明气体 , 假如天上的云朵真有水蒸气的话 , 那我们也看不见它了 。
云真不掉下来?

云实际上是一堆极其微小的液态水滴与固态冰晶的总称 , 一般都是上升空气里的水蒸气凝结在高空形成的 , 为便于描述我们可把它叫做“云滴”.由于这些“云滴”能把光线散去 , 我们就能观察到朵朵云彩 。
【一朵云可重达500吨,为何它们不会掉下来,而是漂浮在空中?】值得一提的是 , 大家烧开水时所见到的“白气” , 实际上也属此类物质之列 , 实质上该“白气”并非水蒸气 。

因为构成云滴的“云滴”之间并没有互相吸引的牵连 , 所以在物理上不能把一片云滴看成是一个完整的整体 。但是 , 当云中的某个“云滴”受到了一定程度的碰撞之后 , 它就会形成一个个大小不同、形状各异的微小颗粒 。 这些细小而又均匀的颗粒就是我们常说的小冰晶 。
也就是在物质密度上 , 天空中云团应该会落下 , 但是很明显这种情况不会出现 , 这是什么情况?
天上的云彩怎么不落下来?
这是因为当物体在空中做“终端速度”的自由落体运动时 , 由于物体的下落速度大于其自身的重力 , 所以会在大气层中产生一定程度上的空气阻力 。
空气阻力可由式子“F=(C ρ SV^2)/2”描述 C是空气阻力系数 ρ是空气密度 S是物体迎风面积 V是物体与空气相对速度 。
但是空气阻力也不是无限制地增大 , 这是因为空气阻力和重力之间合力等于零时 , 物体下落速度也不会持续上升 , 这里物体总是以现在速度落下 , 其这时速度 , 叫做“末端速度” 。

(注意:上面仅是一个简单的分析 , 在这个过程中 , 空气浮力和其他影响较小的因素被忽略 。 )
即物体在到达“终端速度”时 , 总要承受两种力 , 即重力和空气阻力 , 它们大小相等、方向相反 。在这个过程中 , 重力与空气阻力都有加速和减速两种情况存在 , 而它们对“终端速度”影响不大 , 所以 , 只要物体处于匀速直线运动状态 , 那么其“终端速度”也不会发生变化 。地球重力为“G=mg”那么当m>物体的质量g时 , 地球的重力加速度等于“终端速度”了 。
还能解释蚂蚁能从高空坠落却安然无恙的原因 , 因为蚂蚁质量非常小 , 坠落时“终端速度”非常小 。不受干扰时可能是每秒数毫米 。

由此可认为天上的云朵并非没有落下 , 只是由于它落下得极其缓慢 , 我们无法感知 。但是 , 在实际生活当中 , 很多时候我们会看到一些比较大的云层或者是非常细小的云团 。 那么这些云究竟是从哪里来的呢?它又该如何被观测到呢? 应当指出 , 通常天上的云朵没有真正落在地上 , 其原因有二 。
一是“云滴”和“终端速度”都比较小 , 所以它们很容易被周围的上升气流吹散;
另一种是温度随高度降低而逐渐升高 , 降到一定程度后 , 微小“云滴”蒸发为水蒸气再升高(因其轻于空气) , 不受其他气流的作用 , 这些水蒸气到达一定高度后再冷凝为“云滴” , 为云提供补充 。

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