白雲飄飄,浮雲悠悠,假如一朵雲的重量將近50萬公斤(500噸),那為什麼它不掉下來?筆者也很好奇,經過簡單的推算,原來如此,它還真有掉不下來的科學道理。看下圖:
這朵白雲在遊動過程中,要受到懸浮在空氣中浮力,下落過程中阻力(上升氣流),白雲自身的重力,當浮力與阻力之和與重力相等時,白雲處於平衡狀態,不上也不下,達到了懸浮在空氣中條件。
雲是水汽凝結成小雨滴而形成的,水滴的含量因雲的類型而異。積雲的含水量為每立方米0.2克至克;高積雲的含水量為每立方米0.2克至0.5克;雨層雲的含水量每立方米可達15克。
我們取高積雲的比重,按0.5克/立方米計算,50萬公斤的雲體積是
50萬*1000/0.5=1立方千米, 取海平面空氣的密度為1.29千克/立方米,它承受的浮力1立方千米*1.29=1290000噸
由於雲大部分在對流層頂活動,空氣的密度與海拔高度有很大關係,越高密度越小,8000米高度空氣密度大約在0.52千克/立方米,此時承受的浮力是0.52*1立方千米=520000噸
結論:對流層厚度在8~10千米,500噸一朵雲在8千米高度上所承受的浮力是很大的,浮力遠遠高於500噸(自身重力),處於上浮狀態,雲會上下起伏,白雲飄飄,達到平衡狀態。
什麼時候托不住下雨呢?
當大氣中水汽不斷上浮,水汽不斷凝結,密度不斷在增大,積雨雲的密度增至雨層雲的密度15克/立方米時,密度增大了30倍。
1立方千米雲此時增大到500*30=15000噸(自身重量,便於計算體積不變)此時雨層雲重量超出浮力值很大,所以要不斷下落,下落過程中,空氣密度在不斷增大,同時上升氣流在加大,雲滴也在快速增長,所受浮力是已經托不住雲的重量,托不住了卸下包袱,就要產生下雨吧,這就是下雨的科學道理。
代表者: 土屋千冬
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資本金:2,000,000円
設立日:2023年03月07日