Почему облака не падают на землю

Вопросы, касающиеся гравитации больше всего интересуют подрастающих малышей, так как именно с ней связанно невероятно количество необъяснимых вещей в нашем мире. На сегодняшний день большинство физиков вопрос «Почему облака не падают на землю» обходят стороной, так как довольно сложно дать на него точный, а самое главное правдивый ответ. Но, все же на просторах глобальной сети Интернет можно найти несколько теорий. Вот самые правдоподобные из них:

  • Облака не могут упасть на землю, так как размер капель от дождя (из них и состоит само облако) довольно небольшой и падение данных частиц замедляется напором атмосферного воздуха.
  • Также существует теория, в которой сказано то, что на самом деле облака постоянно стремятся упасть в низ, но сделать они этого не могут, так как слишком велико сопротивление ветра, а точнее поток теплого воздуха и в итоге через некоторое время облако попросту рассеивается либо превращается дождевые или снежные осадки.

Итак, согласно двум вышеприведённым теориям можно сделать вывод, что облака не могут упасть вниз, так как их частицы находятся в постоянном движении и при попытке падения он каждый раз сталкиваются сопротивлением теплового воздуха.

Но, существует и третья более развернутая теория, которая кардинально отличается от того, что было приведено выше. К слову, именно к этой теории и склоняется большинство физиков.

  • Если вспомнить первые уроки физики в школе, то окажется, что облака та на самом деле намного тяжелее воздуха и с учетом гравитации они должны были практически все 24 часа в сутки падать вниз.

Но это на удивление не так и даже внушительная масса не мешает облаку свободно парить в атмосфере. В чем же тогда секрет? На самом деле все проще чем кажется на самом деле. Облака на 80% состоят из чистого пара, а он как знают многие намного легче чем воздух. Но, что с остальными 20%? Ведь, если бы облака состояли исключительно из одного пара, то их невозможно было бы увидеть. На самом деле прочие составляющие облака – это вода не только в газообразном, а и жидком состоянии, которая дополняется различными примеси, находящиеся в воздухе. Но почему тогда жидкая вода и всевозможные примеси свободно парят и не падают? – невольно возникает вопрос. За ответом стоит еще больше углубиться в физику и окажется, что облака поддерживаются с помощью электромагнитных разрядов, которые находятся в воздухе.


Источник: razvitiedetei.info

А все взрослые знают почему?
Проверьте себя, ответ под катом 🙂

простенько
относительная молекулярная масса воды 18, а воздуха — в среднем 29, т.е. в состоянии газа вода почти в 2 раза легче воздуха. в то же время 1 моль любого газа или их смеси занимает один и тот же обьем. при нормальных условиях это 22.4 литра. иными словами, в единице объема одинаковое количество молекул любого газа (при одних и тех же условиях, конечно). так вот, когда в воздухе появляется водяной пар (не аэрозоль, а именно вода в газообразном состоянии!), т.е. добавляется легкий компонент, то его плотность становится ниже плотности более сухого воздуха, и такие слои воздуха поднимаются вверх. на высоте в несколько километров температура достаточно низкая, и когда она достигает «точки росы», вода конденсируется, образуя туман (аэрозоль). возникают облака, состоящие из газовой (легкой) и жидкой (тяжелой) фаз, и некоторое время средняя плотность этого аэрозоля может оставаться равной плотности окружающего воздуха, плюс разные там завихрения и конвекция, и за счет этого облако плавает на определенной высоте. когда аэрозоль разрушается, т.е. микроскопические капельки сливаются в более крупные, то все это падает на землю в виде осадков.

подробнее

МИКРОФИЗИКА ОБЛАКОВ

Различают микрофизику и макрофизику облаков. Макрофизика изучает перемещения воздушных масс, приводящие к образованию, росту и испарению облака в целом. Микрофизика рассматривает микроструктуру облака, исследует процессы образования, слияния, испарения водяных капель. В частности, микрофизика изучает условия формирования тех или иных осадков.


Как мы уже отмечали, облака могут состоять из капелек воды (водяные, или капельные облака), ледяных кристалликов (ледяные, или кристаллические облака), а также одновременно из капель и из кристалликов (смешанные облака). Водяные облака существуют не только при плюсовой температуре, но и при температурах ниже нуля (примерно до -20 °С) — это переохлажденные водяные облака. Например, при -10 °С облака в 50% случаев водяные, в 30% смешанные и только в 20% ледяные.

Водяные капли в облаке имеют различные диаметры — от долей микрометра до нескольких миллиметров. Ледяные кристаллики облака чаще всего имеют форму шестигранных призм-столбиков длиной порядка 0,1 мм и шестиугольных пластинок размером 0,1…0,5 мм. Как бы ни была мала ледяная капля, она все же существенно тяжелее воздуха. Поэтому возникает естественный вопрос: каким образом водяные капли (а вместе с тем и облако в целом) удерживаются в воздухе? Одновременно возникает и другой вопрос: при каких условиях водяные капли перестают удерживаться в воздухе и падают на землю в виде дождя? Начнем с наиболее мелких капелек, радиус которых составляет доли микрометра. Таким капелькам не дают падать вниз беспорядочные удары со стороны молекул воздуха, находящихся в хаотичном тепловом движении. Эти удары вынуждают капельку отскакивать в самых различных направлениях; в итоге она движется по причудливо изломанной траектории. Такое движение называют броуновским — по имени английского ботаника Р. Броуна, открывшего его в 1828 г. (Броун наблюдал движение очень мелких твердых частичек, взвешенных в жидкости; частички двигались под действием ударов со стороны молекул жидкости.)

iv>

Чем массивнее капля, тем труднее молекулам воздуха отбросить ее и, следовательно, тем меньше роль броуновского движения, но больше влияние земного притяжения. Когда радиус капли становится больше микрометра, ее движение перестает быть броуновским; капля начинает падать под действием силы тяжести. И тогда «вступает в игру» новый фактор, препятствующий падению капли вниз, — сопротивление воздушной среды. Под действием силы тяжести капля начинает падать вниз, ее скорость начинает расти. Одновременно возникает и начинает расти действующая на каплю сила сопротивления воздуха F. Она направлена противоположно силе тяжести и пропорциональна скорости капли.

По мере возрастания силы сопротивления F уменьшается разность R-F, поэтому скорость падающей капли нарастает все медленнее. Когда сила сопротивления воздуха сравняется по модулю с силой тяжести, дальнейшее увеличение скорости капли прекратится, и далее капля будет падать равномерно (ведь теперь равнодействующая сила, приложенная к капле, равна нулю: Р-F=0).

Мы видим, таким образом, что совсем не просто ответить на вопрос, почему облако не падает на землю.


есь надо учитывать многое: тепловое движение молекул воздуха, сопротивление воздуха, испарение капель. Надо принимать во внимание также и ряд других факторов. Так, следует иметь в виду, что с увеличением радиуса капли сила сопротивления воздуха начинает играть все более существенную роль из-за того, что относительно большие капли (радиусом более 100 мкм) при своем падении вызывают турбулентные движения в воздушной среде. Надо учитывать также, что в процессе падения радиус капли вовсе не остается неизменным: наряду с испарением происходит дополнительная конденсация пара на поверхности капли, увеличивающая ее радиус. Возможно также слияние данной капли с другими каплями или, напротив, раздробление ее на несколько более мелких капель. Одним словом, микрофизика облака оказывается достаточно сложной.
http://brembola.pereslavl.info/a4.htm

Источник: k-l-u-s-h-a.livejournal.com

Что такое облака

Как причиной вопроса о том, почему облака не падают, так и обоснованием ответа на него будет знание о том, что эти самые облака собой представляют.

Каждое облако – это скопление мельчайших частиц воды в жидком состоянии или в форме льда. Размер таких капелек может как быть совсем ничтожным — намного меньшим миллионной доли метра (иначе — микрометра), так и достигать нескольких миллиметров.

Однако любая маленькая капля все равно тяжелее воздуха. Почему в таком случае только часть влаги выпадает в виде осадков? Как удерживается в небе оставшаяся масса?

Почему облака не падают

>

Краткий ответ на этот вопрос можно дать следующим образом: облака остаются в небе благодаря взаимодействию молекул воздуха с микрочастицами воды. Самым мельчайшим они задают произвольную траекторию при столкновении, а более крупные поддерживают теплые воздушные потоки, направленные навстречу падающим под воздействием силы земного притяжения каплям, сопротивляющиеся их падению и поднимающиеся в область более низких температур от разогретой земли.

Если разбирать подробнее, почему облака не падают, то сначала надо упомянуть о броуновском движении — оно характеризуется хаотичным перемещением мельчайших видимых фрагментов твердой материи, находящихся в газообразной или жидкой среде, происходящим благодаря изменению положения частиц этой среды, вызванного, в свою очередь, тепловым воздействием. Названо в честь ученого, открывшего данный феномен — Роберта Броуна.

Броуновское движение — беспорядочное движение микроскопических видимых взвешенных в жидкости или газе частиц твердого вещества, вызываемое тепловым движением частиц жидкости или газа. Было открыто в 1827 году Робертом Броуном. Броуновское движение никогда не прекращается. Оно связано с тепловым движением, но не следует смешивать эти понятия. Броуновское движение является следствием и свидетельством существования теплового движения.

В броуновском движении задействованы частицы облаков, размер которых меньше одной миллионной доли метра. Молекулы воздуха толкают эти микрокапли и заставляют их перемещаться по непредсказуемой траектории.


Частицы воды, достигшие размера микрометра и более, не подвержены броуновскому движению — они слишком велики и тяжелы для того, чтобы молекулы воздуха могли их успешно толкать. Такие капли начинают падать вниз под воздействием силы земного притяжения. Однако сопротивление воздуха действует в противоположном ей направлении, и его сила пропорциональна скорости движения капли. Благодаря этому капля перестает ускоряться при падении и продолжает двигаться вниз с постоянной скоростью. Частица воды, летящая таким образом, встречает на своем пути теплые воздушные потоки, которые могут замедлить ее движение, остановить или даже отбросить каплю вверх — в обратном направлении.

Вот почему облака не падают на землю. Состоящие из разнокалиберных частиц воды, они удерживаются в небе благодаря особенностям воздушной среды, в которой находятся.

Роль осадков в жизни облаков

А что происходит с очень крупными и весомыми частичками воды и каплями, не зависшими в воздухе и не отброшенными его потоками ввысь? Накопившись в одном облаке в большом количестве, они превращают его в тучу и выпадают на землю в качестве осадков — дождя, снега, града — или испаряются на пути к земной поверхности.

Также в этом путешествии капли могут изменить свой размер — разделиться на более мелкие или вырасти, слившись с другими.

Источник: FB.ru

Атмосферу и облака на весу держит гравитация!


 

Несколько парадоксально звучит подзаголовок данной статьи, т.к. гравитация, в традиционном понимании – это притяжение. Гравитационные силы должны притянуть воздух и облака к земле, а не поддерживать их на весу, но это так.

В соответствии с гипотезой фотонно-квантовой гравитации [9], притяжение между телами осуществляется с помощью электромагнитных волн (ЭМВ) – фотонов, красных фотонов (для краткости — крафонов), то они и поддерживают на весу воздушные массы и облака.

Происходит это следующим образом. Нескончаемый поток электромагнитных волн, в основном инфракрасного диапазона, с поверхности земли устремлен в космическое пространство. На своем пути ЭМВ пересекают все атмосферные зоны, начиная от тропосферы и кончая экзосферой. Каждый крафон несет по одному кванту энергии. Поскольку это непрекращающийся поток, то крафоны эпизодически, в то же время, постоянно и прицельно попадают в молекулы воздуха, водяного пара, частиц пыли и отдают им свою энергию. Это может быть и не совсем точное попадание в какой-либо атом той или иной молекулы, но это не избавляет их от взаимодействия с электромагнитной волной (крафоном), т.к. данное взаимодействие происходит на полевом уровне.

Рассмотрим данную картину на примере одной молекулы кислорода О2, которая в данный момент движется параллельно поверхности земли по вектору В1 (рис. 2).

 


Почему не падают облака

Почему облака не падают 2

            Рис. 2                                                                 Рис. 3

Крафон земли, обладающий энергией Е1 прицельно попадает в данную молекулу и производит с ней двойную работу. Своим энергетическим квантом он возбуждает один из атомов молекулы O2 (насыщение энергией) и одновременно механическим импульсом дергает молекулу по вектору В2 к земле (гравитация). По сути, молекула получает импульс в момент, когда электромагнитные поля крафона и атома находятся во взаимном влиянии друг на друга и оба поля ускоряются во встречном движении. Молекула, обладая массой и инертностью, получив механический импульс, движется с определенной скоростью к источнику (земле), а фазовая скорость крафона может на короткий промежуток времени превысить скорость света. Данное обстоятельство не нарушает закон сохранения энергии и не противоречит теории относительности, базирующейся на постулате о невозможности превзойти скорость света [10].


Поскольку молекула находилась в движении, то притяжение происходит не отвесно, а с некоторым отклонением ее в сторону движения, в данном случае вниз и вправо.

Действие крафона аналогично действию фотона Солнца (см. «Сила гравитации»). Возбужденный атом молекулы O2 не может долго находиться в неуравновешенном состоянии, поэтому старается тут же избавиться от лишней энергии (из возбужденного состояния перейти в нормальное состояние) и, в свою очередь, излучает вторичный крафон с несколько меньшей энергией E. Вектор вторичного крафона В3 направлен в ту сторону, где в данный момент наименьшая плотность электромагнитного эфира. После излученного кванта энергии молекула получает механический импульс придачи и устремляется по тому же вектору за крафоном («Вперед за снарядом»), в данном случае по вектору В3. Учитывая, что молекула, несмотря на очень малую массу, не может так резво стартовать и развить световую скорость, поэтому безнадежно отстает от своего ведущего.

Энергия импульса будет равна:

E=E1Ew

E1 – энергия крафона земли

Ew – энергия, рассеянная в виде теплоты.

Проследим за дальнейшим движением выбранной нами молекулы. Земля, как источник тепловой энергии постоянно «мониторит» пространство, посылая энергию в виде квантов электромагнитной энергии Е1, Е2, … Е5 (крафоны земли) (рис. 3). В своем движении молекула вновь «натыкается» на новый крафон с энергией Е2 и вновь получает очередную порцию энергии, а также импульс притяжения по вектору, направленному в сторону земли В4. Ситуация с данной молекулой будет постоянно повторяться с той лишь разницей, что вторичный крафон, испущенный молекулой, в новой позиции уходит в непредсказуемом направлении (векторы В3, В4…В11). На данном рисунке показаны только три направления движения молекулы на плоскости: вверх, вниз и вправо. На самом деле движение молекулы совершенно непредсказуемо и происходит во всевозможных направлениях по трем осям пространства. Поэтому и констатируется факт, что молекулярное  движение незакономерное, хаотичное, зигзагообразное, одним словом – броуновское!

Векторы отстрела вторичных крафонов имеют абсолютно произвольное направление по градиенту наименьшей температуры и давления. Всякое движение микроскопических частиц совершается в сторону увеличения энтропии (закон природы – 2-е начало термодинамики).

Следуя данной логике рассуждений, возникает другая крайность: мы должны прийти к противоположному парадоксальному выводу: вся атмосфера устремится в Космос, по причине – чем выше от поверхности земли, тем меньше давление и температура. Но такого не происходит, т.к. земные крафоны постоянно, импульсно подтягивают молекулы воздуха, тем самым не давая им оторваться. Крафоны берут числом, они намного превосходят численность молекул всей атмосферы. Вот поэтому атмосфера не может оторваться от планеты и в то же время, упасть на нее. (Подробнее в статье: «Атмосфера и Космос»). Следует также отметить, что гравитационное взаимодействие между молекулами пренебрежимо мало.

Молекулы атмосферы статистически всегда находятся в аэростатическом равновесии по воле гравитации. Поэтому в околоземном пространстве атмосфера более плотная и состоит, в основном, из тяжелых молекул азота, кислорода и углекислого газа.

Энергия броуновского движения

 

Сделаем расчет и ответим на вопрос: какая энергия, по частотной шкале электромагнитного излучения, потребуется, например, молекулам водорода и кислорода, чтобы перемещаться со средними скоростями? В таблицу занесем средние значения (справочные данные) указанных газов, полученные экспериментальной наукой.

Газ Масса молекулы, кг Средняя скорость, v м/с
Водород, Н2 0.33·10-26 1760
Кислород, О2 5.3·10-26 425

Кинетическая энергия молекулы равна:

E=1/2mv2, где m – масса, v – скорость.

Энергия кванта фотона (крафона) равна:

Е = hf

 Где h = 6,62·10-34 Дж·с – постоянная Планка, f – частота излучения.

Кинетическую энергию приравняем кванту энергии и решим уравнение относительно частоты излучения.

Почему не падают облака

Почему не падают облака

Подставив численные данные, получим:

Почему не падают облака 7

Данный расчет показал, что молекулы водорода и кислорода приобретают среднюю скорость движения при получении квантов энергии инфракрасного излучения. (Диапазон инфракрасной области лежит в интервале частот 3·1012–4·1014 с-1). Чтобы запустить молекулу любого газа в движение со среднестатистическими (справочными) скоростями, необходимо по одному кванту энергии инфракрасного излучения Земли. Как видим скорости молекул водорода и кислорода четко укладываются в данный диапазон частот.

Почему мы говорим о средних скоростях молекул, т.е. скорости могут быть ниже и выше. Ответ находим в том же излучении, но теперь уже Солнца. Световые фотоны обладают большей энергией, а ультрафиолетовые еще большей энергией. Попадая в молекулы атмосферы, они заставляют их двигаться с большими скоростями. Впрочем, некоторые фотоны с такой энергией вылетают и из земли.

А теперь вернемся к началу первой статьи «Броуновское движение» (Введение), где приведена цитата из БСЭ (последнее предложение): «Поэтому в результате «бомбардировки» молекулами броуновская частица приходит в беспорядочное движение, меняя величину и направление своей скорости примерно 1014 раз в сек».

1014 Гц – это верхняя граница частоты инфракрасного излучения.

Приведенный расчет дает полное согласование с частотой флуктуации молекул и с броуновскими частицами. Броуновская частица, в силу гораздо большей массы, может реагировать на такую огромную частоту изменения энергии только в виде небольших вибраций, но менять вектор своего движения не сможет. Для перемещения ее в пространстве необходима энергия нескольких квантов энергии. Визуальные смещения происходят от одновременного действия импульсов придачи от нескольких атомов самой частицы, коих в ней огромное количество, но не от ударного действия молекул воды.

Энергия фотонов передается квантами, отсюда всякая молекула или частица движется по зигзагообразной траектории, от одного кванта-импульса до другого.

Вернемся к облакам.

Источник: gennady-ershov.ru

Облако состоит из капелек воды. Почему капельки не падают? Зададим вопрос: «Как сделать, чтобы капелька не упала? » На нее должна действовать сила, направленная вверх, чтобы компенсировать силу тяжести.

Представим себе клочок бумаги, имеющий такую же массу, что и капелька. Как сделать, чтобы этот клочок не падал, а держался в воздухе? Подуть на него снизу вверх. Струя воздуха удержит клочок от падения. Для клочка бумаги струю воздуха создали мы сами.

Могут ли такие струи возникнуть сами собой, без постороннего вмешательства?

Такие струи существуют – это восходящие потоки воздуха, поднимающиеся от нагретой поверхности земли. Благодаря таким потокам орлы и другие парящие птицы держатся в воздухе, не махая крыльями. Облако не падает, поскольку капельки воды, образующие это облако, удерживаются восходящими потоками воздуха. Облака это скопление в атмосфере продуктов конденсации водяного пара в виде огромного числа мельчайших капелек воды или кристалликов льда либо тех и других. Так, при температуре -10 градусов по Цельсию облака в половине своих случаев водяные, в 30% случаев смешанные и только в 20% ледяные. Вода и лед всегда существенно тяжелее воздуха. Поэтому возникает естественный вопрос: каким же образом водяные капли и кристаллики удерживаются в облаке? Наиболее мелкие капельки не могут упасть на землю, так как их беспорядочно ударяют бесчисленные молекулы воздуха, находящегося в хаотичном тепловом движении. А поскольку у земной поверхности молекул несколько больше, так как их число убывает с высотой, то и действие их снизу более заметно. При этом каждая капелька совершает сложнейшее движение по изломанной траектории. Более крупные капли не могут удерживаться в облаке и начинают падать под влиянием земного притяжения. Но тут на них начинает действовать сила сопротивления, противоположная силе тяжести. Капля приобретает постоянную скорость и может быть остановлена и даже подброшена вверх восходящими потоками воздуха. При определенных условиях из облаков на землю начинают выпадать осадки в виде дождя, снега, града. Длительность существования облаков объясняется малыми скоростями падения частиц (капли радиусом 0,001-0,01 мм падают со скоростью 0,05-1,2 см/сек) , наличием восходящих движений воздуха, т. к. атмосфера нагревается от земной поверхности.
==========================================================
Самый толковый ответ по этому вопросу я слышалa от человека, заканчивавшего Метеорологический вуз. Он звучал приблизительно так: «Облако не падает, потому что облако — это процесс».

Источник: otvet.mail.ru