天白云总是会令人感到心情愉悦 , 当你在欣赏那些漂浮在天空中的一朵朵白云时 , 有没有想过 , 一朵云大概有多重呢?
测量数据显示 , 平常漂浮在天空中的那种漂亮又蓬松的白云 , 其平均密度约为0.5克/立方米 , 平均体积约为1立方千米 。经过简单计算我们就可以得出 , 一朵云可重达500吨 。
【一朵云有多重_一朵云的重量】
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那么问题就来了 , 既然天空中的云这么重 , 那为何它们不会掉下来 , 而是漂浮在空中呢?对此 , 有一种比较常见的观点认为 , 云其实就是水蒸气 , 而水蒸气的密度比空气小 , 所以是空气托住了云 , 这个道理像“油能漂浮在水面”一样简单 , 然而这种观点却是很片面的 。
原因很简单 , 水蒸气是无色且透明的气体 , 如果天空中的云真的是水蒸气 , 那么我们就无法看到它们 。
云真的不会往下掉吗?
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云其实就是一大堆极为细小的液态水滴和固态冰晶 , 它们通常由上升空气中的水蒸气在高空中冷凝而成 , 为了方便描述 , 我们可以将它们称为“云滴” , 而因为这些“云滴”能够散射光线 , 所以我们才能够看到一朵朵的云 。
值得一提的是 , 我们在烧开水时看到的“白气” , 其实也是属于这类物质 , 从本质上来讲 , 这种“白气”并不是水蒸气 。
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由于组成的云的“云滴”彼此之间不存在相互吸引的牵连作用 , 因此从物理的角度来讲 , 一朵云不能被视为一个整体 。这就意味着 , 对于云中的每一个“云滴”而言 , 不管它们是小水滴还是小冰晶 , 其密度都要比空气大得多 , 在这种情况下 , 密度更低的空气就无法托住它们 。
也就是说 , 单从物质密度的角度来看 , 天上的云应该是会掉下来的 , 但显而易见的是 , 这样的事情并没有发生 , 是怎么回事呢?
为什么天空中的云不会掉下来?这就要从“终端速度”来讲起了 , 我们知道 , 当物体做自由落体运动的时候 , 其下落速度会在重力的作用下越来越快 , 但如果在大气层里 , 物体在下落过程中又会受到空气阻力的作用 。
空气阻力可用公式“F=(CρSV^2)/2)”来描述 , 其中C为空气阻力系数、ρ为空气密度、S为物体的迎风面积 , V为物体相对于空气的速度 。
由此可知 , 当一个物体在大气层中做自由落体运动的时候 , 其受到的空气阻力会随着物体下落速度的增加而迅速变大 。
但空气阻力并不会无限增大 , 因为当空气阻力与重力的合力为零的时候 , 物体的下落速度就不会继续增加 , 在这种情况下 , 物体就会一直以当前的速度下落 , 而它此时的速度 , 就被称为“终端速度” 。
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(注:以上只是简单分析 , 其中忽略了空气浮力等其它影响不大的因素)
也就是说 , 当物体达到“终端速度”的时候 , 它总是会受到两个力的作用 , 一个是重力 , 一个是空气阻力 , 这两个力大小相等 , 方向相反 。地球重力可用公式“G=mg”来描述 , 其中m为物体的质量 , g为地球的重力加速度 , 据此我们可以得出 , 物体的质量越小 , “终端速度”就越低 。
这也可以解释为什么蚂蚁可以从高处落下而毫发无损 , 原因就是蚂蚁的质量很小 , 在下落过程中的“终端速度”就很低 。相对而言 , “云滴”的尺寸一般都是微米级的 , 其质量比蚂蚁还要小得多 , 所以它们在下落过程中的“终端速度”就会非常低 , 低到什么程度呢?在没有受到干扰的情况下 , 大概就是每秒钟几毫米 。
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