2015-03-25
Strogo govoreći, oblaci nisu ispunjeni vodom. Nisu sunđeri koji upijaju vodu. Oblaci se sastoje od veoma malih kapljica tečnosti ili kristala leda koji su suspendovani u vazduhu. Kapljice vode i kristali leda mogu se uporediti sa plovkom jer su toliko mali da je otpor zraka uravnotežen gravitacijom. Da budemo precizniji, kapljice vode i kristali leda zapravo ne plutaju nepomično nebom. Stalno padaju vrlo sporo pod uticajem gravitacije i ponekad se podižu u rastućoj vazdušnoj struji. Ovaj pad je toliko spor, a oblaci su tako veliki i udaljeni, da je povremenom posmatraču na zemlji teško da primeti ovo kretanje.
U knjizi “Fizika oblaka” Louisa J. Battana date su sljedeće brojke: kap poluprečnika 10 mikrona pada brzinom od 1 cm/sek, kap poluprečnika 50 mikrona već pada na brzina od 26 cm/sec. U slučaju kada se kapljice povećavaju u veličini kao rezultat sudara i spajanja, kapljice mogu biti toliko velike da otpor zraka ne igra veliku ulogu (za radijus > 0,1 mm). Takve kapi padaju u obliku kiše.
Oblaci su uglavnom napravljeni od vazduha. Kada kažemo da je kanta napunjena vodom, mislimo da skoro sav slobodan prostor u kanti sadrži vodu. U oblaku je sve drugačije. Voda koja čini oblak pada kao kiša mnogo prije nego što se spoji dovoljno da ispuni cijeli volumen oblaka. Iznenađujuće, samo jednu milijardu zapremine oblaka čini voda. Sve ostalo je vazduh.
Kako oblaci mogu biti tako vizuelno svijetli ako se gotovo sastoje od zraka? Glavni razlog je refleksija svjetlosti od površine predmeta. Što je veća površina, to se više svjetlosti reflektira. Oblaci izgledaju bijeli iz istog razloga zašto snijeg izgleda bijeli. Dakle, iako oblak ne sadrži mnogo vode u smislu ukupne zapremine, on ima trilione malih kapljica koje zbrajaju višestruke refleksije i prelamanja.
Dajemo primjer u brojevima, pretpostavimo da se oblak sastoji od kapi vode, koje sve imaju radijus od $R$ i ravnomjerno su raspoređene. Pretpostavimo da je ukupna zapremina oblaka konstantna i jednaka $V$, a ukupna zapremina vode u ovom oblaku je $V_(w)$. Zapremina jedne sferne kapi vode je $\frac(4)(3) \pi r^(3)$, broj kapi je $N$, odnosno ukupna zapremina vode u oblaku: $ V_(w) = N \frac(4)(3) \pi r^(3)$. Osim toga, površina jedne sfere je $4 \pi r^(2)$, tako da je ukupna površina kapljica u cijelom oblaku $S_(\text(total)) = N 4 \pi r^(2)$. Rješavajući rezultujući sistem dobijamo: $ S_(\text(general)) = \frac(3V_(w))(R)$. Budući da je ukupna zapremina vode fiksirana, ova jednadžba nam govori da ako se radijus svake kapi smanji, ukupna površina kapi će se povećati. Za oblak kapljica vrlo male veličine, ukupna površina oblaka će biti vrlo visoka. Budući da količina svjetlosti koja se reflektira od objekta u velikoj mjeri ovisi o površini, reflektivnost takvog oblaka će biti vrlo visoka, uprkos činjenici da je u suštini zrak.
Treba napomenuti da iako se pojedinačne kapljice smanjuju u veličini, njihova pojedinačna površina naravno postaje manja. Ali s obzirom na fiksnu ukupnu zapreminu vode u oblaku, ukupan broj manjih kapljica će biti veći, što znači i veću ukupnu površinu.
Svi znaju da se oblaci sastoje od malih kapljica vode ili kristala leda. Kapljice vode u oblaku imaju različite promjere - od frakcija mikrometra do nekoliko milimetara. Bez obzira koliko je mala kapljica leda, ipak je teža od vazduha. Stoga se postavlja prirodno pitanje: kako kapljice vode (a istovremeno i oblak u cjelini) ostaju u zraku i ne padaju na tlo? Istovremeno, postavlja se još jedno pitanje: pod kojim uslovima kapljice vode prestaju da budu suspendovane u vazduhu i padaju na tlo u obliku kiše?
Počnimo s najmanjim kapljicama, čiji je polumjer djelić mikrometra. Takve kapljice su spriječene da padnu dolje nasumičnim udarima molekula zraka u haotičnom toplinskom kretanju. Ovaj pokret se naziva Brownov - po engleskom botaničaru R. Brownu, koji ga je otkrio 1828. Udari molekula zraka prisiljavaju kapljicu da odskoči u različitim smjerovima; Kao rezultat toga, kreće se po bizarno slomljenoj putanji.
Što je kap teža, molekulima vazduha je teže da je pomere sa svog mesta, a samim tim i uloga Brownovog kretanja je manja. Ali istovremeno se povećava utjecaj gravitacije. Kada polumjer kapi postane veći od mikrometra, njeno kretanje prestaje biti Brownovo. Pad počinje da pada pod uticajem gravitacije, postepeno ubrzavajući. I tada veliku ulogu počinje igrati novi faktor koji sprječava pad kapljice - otpor zraka. Istovremeno sa ubrzanjem pada, nastaje sila otpora zraka koja djeluje na kap i počinje rasti. Usmjeren je suprotno gravitaciji i proporcionalan brzini pada.
Kako se sila otpora povećava, brzina padajuće kapljice raste sve sporije i sporije. Kada je sila otpora zraka jednaka po veličini sili gravitacije, daljnje povećanje brzine pada prestaje, a zatim pad pada ravnomjerno. Takva jednoliko pokretna kapljica može se usporiti, pa čak i baciti uvis uzlaznim tokom toplog zraka. A zemlja, koju zagreva sunce, stalni je izvor tako rastućih vazdušnih struja.
Osim toga, kako kap padne, može jednostavno ispariti. Ili se razbiti na manje kapljice.
Ali kap može, naprotiv, postati veća: spojiti se s drugima ili kondenzirati dodatnu paru na svojoj površini, a onda će i dalje pasti na tlo. Ovako nastaju padavine. U određenom smislu, možete čak reći da su padavine (kiša ili snijeg) pad oblaka na tlo, samo što su u stvarnosti kapi kiše ili snježne pahulje prevelike i teške da bi bile komponente oblaka.
Dobro pitanje. Jer, kao što znamo iz školskih udžbenika, oblaci se sastoje od malih kapljica vode i sićušnih kristala leda, koji su, na ovaj ili onaj način, teži od vazduha.
Kako ostaju na vrhu? Gdje je poslovična gravitacija? I zašto se ovo zadržavanje često završava kapljicama koje ispadaju u obliku kiše?
Teorija kontinuiranog kretanja, nazvana Brownian, zasnovana na činjenici da su kapljice polumjera od djelića mikrometra spriječene da padaju molekulama zraka koji udaraju o njih, dajući ovim kapljicama nasumično kretanje, objašnjava samo dio problema, ali ne i sve.
Zašto ova kap odjednom postaje veća u veličini i težini, a molekuli zraka je više ne mogu gurnuti s mjesta? Jasno je da kada prestane kretanje kapljice i ona prestane, ona počinje da pada. Tada se uključuje gravitacija - kada se kapljica zaustavi. Ali tada počinje otpor zraka... To je kao cirkuska gluma kada biciklista ili motociklista vozi po vertikalnim površinama. Ako prestanu, pasti će. Ali kada jašu, ne padaju. Oni se drže, praktično suspendovani, kretanjem...
Kažu da se oblaci, koji se sastoje od kapljica i kristala leda, „drže“ u visini i sprečavaju da padnu uzdižućim vazdušnim strujama sa zemlje, zagrijanim od sunca. Zato, kažu, ptice mogu da se vinu iznad zemlje, a da ne zamahnu krilima.
Šta drži oblake na nebu kada je noć? Pa čak i bez mjeseca? A ako, recimo, orao hitno mora da odleti negde svojim poslom, da li će on noću stalno morati da maše krilima, kao pomahnitali ili još neorasli letač?
Postoji mišljenje da oblaci i dalje padaju. U obliku kiše ili snijega. Međutim, pahulje i, još više, kišne kapi su preteške da bi bile komponente oblaka. Odnosno, potpuno različita tijela ispadaju iz jednog tijela ili predmeta. To se dešava u bajkama. Ili kada izvodite trik iluzioniste...
Ili možda oblak uopće nije objekt, već određeni proces koji se kontinuirano odvija. A mi vidimo ono što vidimo, odnosno ono što nam je dozvoljeno da vidimo. Jer ako vidimo suštinu procesa, ili nećemo razumjeti ništa, ili ćemo doći u kontakt sa nepoznatim i vidjeti lice Boga, što je ljudima apsolutno neprihvatljivo.
Ili možda oblaci ne padaju na zemlju jer samo znaju da lete?
Možda je ovo bilo kako je prvobitno zamišljeno? Na kraju krajeva, kada bi mogli da padnu na zemlju, mnogi od nas bi umrli ako padnemo pod toliki led i vodu. Ali to nije bilo uključeno u Stvoriteljeve planove. Jer ljudska duša mora da podnese iskušenja, a ne da se odjednom oslobodi svih nevolja i briga, zakopana zajedno sa tijelom pod tonama vode i leda.
Ili je ovo možda slika uživo nacrtana ili projektovana za nas na nebesku sferu, kao 3D? Kao, na primjer, duga ili zvijezde. Duga blista i svjetluca bojama, zvijezde sijaju i svjetlucaju. A oblaci lebde, poprimaju različite oblike i izgledaju kao životinje, ptice, pa čak i ljudi. I sve to da ne bismo bili tako tužni na Zemlji. Uostalom, ono što je nacrtano ne pada...
Mala djeca se često pitaju: zašto oblaci ne padaju? Naravno, roditelji na ovo moraju odgovoriti. I oni sami ne razumiju uvijek razlog ove pojave, pa djeci ne mogu dati pristojan i jednostavan odgovor.
Ali porodica je ta koja provodi rani razvoj djeteta, omogućavajući formiranje prvih znanja o mnogim aspektima prirode i društva. Pa šta da radimo?
Ovaj članak će vam pomoći da se nosite s problemom. Nadamo se da zahvaljujući njoj roditelji više neće imati poteškoća da objasne zašto se oblaci ne spuštaju.
Ako u bilo koju od poznatih tražilica unesete upit „šta su oblaci“, pojavit će se mnogo informacija. Ali skoro sve će biti previše naučno, pa stoga neće svima razumljivo. Ako djetetu postavite isto pitanje, ono će vam odgovoriti da su oblaci ogromni komadi šećerne vate, koji bi bili jako cool za okus.
Šta misle odrasli? Na kraju krajeva, skoro svaki od njih je roditelj. Njegov zadatak je dati djetetu potpuno razumijevanje šta su zapravo "bijela jagnjad" koja lebde nebom. A zašto oblaci ne padaju na zemlju?
Jednostavnim rečima, oblaci su milioni kapljica vode koje su se skupile u „pahuljastu loptu“. Ako kapljice ispare zbog izlaganja sunčevoj svjetlosti, oblak se „topi“, odnosno nestaje. Ako, naprotiv, počnu da se spajaju i povećavaju veličinu, oblak će rasti i, kada dostigne takvu masu koja mu neće dozvoliti da "visi" u zraku, "pasti" na tlo u oblik padavina.
Dakle, postaje jasno da pokušavajući odgovoriti na pitanje "zašto oblaci ne padaju?" prilično besmisleno. Uostalom, oni i dalje padaju, ali ne u doslovnom smislu, već figurativno, kroz padavine.
Kada oblak poprimi toliko vode da ga tople zračne struje više ne mogu zadržati, čini se da umire. Međutim, tada, pod uticajem sunca, lokve se presušuju, a vodene kapi se ponovo dižu na nebo, formirajući novi oblak. Naučnici ovu pojavu nazivaju ciklusom vode u prirodi.
S obzirom na to da se i život oblaka može završiti u određenom trenutku, postavlja se još jedno pitanje: koliko dugo žive “bijeli brodovi”? Ali nemoguće je na to odgovoriti jednoznačno, jer na dužinu života oblaka utiče vlažnost vazduha. Što je veći, oblaci će duže živjeti. Dakle, neki “bijeli lutalice” postoje petnaestak minuta, dok drugi traju mnogo duže.
Međutim, vratimo se našem glavnom pitanju – zašto se oblaci ne spuštaju? Dijete se može zainteresirati za ovu temu u prilično ranoj dobi, pa će mu stoga biti besmisleno objašnjavati suštinu problema naučnim jezikom. Uostalom, neće svaka odrasla osoba razumjeti složene pojmove i procese, ali šta je sa djecom?
Zato je mnogo bolje da svom detetu u formi bajke kažete šta su oblaci, koliko dugo žive i zašto ne padaju na zemlju. Takođe bi bila odlična ideja da zajedno pogledamo sovjetski crtani film. Objavljena je 1980. godine.
Možda su neki odrasli već pogodili o čemu govorimo. Ako ne, onda ćemo vam reći. Crtani film se zove "Kapitoška". Objašnjava na jeziku dostupnom djeci šta je kiša i kako se ova pojava javlja. Također se dotiče tako složene teme kao što su samosvijest i prihvaćanje. Crtić je veoma ljubazan i šarolik, pa će se deci sigurno svideti.
To će pomoći starijoj djeci da saznaju odgovor na pitanje zašto oblaci ne padaju, fizika je egzaktna nauka. Na kraju krajeva, približni objekat čija je veličina jednaka težini jednom punom oblaku je slon. I vrlo je teško zamisliti kako se takav kolos može polako kretati nebom i ne pasti. Osim toga, prema fizici, sve što ima bilo kakvu težinu podliježe gravitaciji. Ali zašto onda oblaci i dalje plutaju?
Zapravo, "bijeli čamci" podržavaju tople zračne struje u zraku koje izviru sa površine zemlje. Oni su ti koji nose nove kapi u oblake i tako ih sve više ispunjavaju. U određenom trenutku, oblak se pretvara u oblak, koji je pretežak za vazduh koji dolazi sa zemlje. Kao rezultat toga, voda nakupljena u njemu će pasti na tlo. U zavisnosti od temperature vazduha u atmosferi, padavine mogu varirati. Što je niža, veća je vjerovatnoća da će padati snijeg.
Dakle, ovo je glavni razlog zašto oblaci ne padaju na tlo zimi, ljeti ili drugim godišnjim dobima.
Lagani, pahuljasti i prozračni oblaci - svakodnevno lebde iznad naših glava i tjeraju nas da podignemo glavu i divimo se bizarnim oblicima i originalnim figurama. Ponekad se kroz njih probija duga neverovatnog izgleda, a ponekad ujutro ili uveče tokom zalaska ili izlaska sunca oblaci budu obasjani sunčevim zracima, dajući im neverovatnu nijansu koja očarava duh. Naučnici već duže vreme proučavaju vazdušne oblake i druge vrste oblaka. Oni su dali odgovore na pitanja o kakvom se fenomenu radi i kakve vrste oblaka postoje.
Zapravo, nije tako lako dati objašnjenje. Jer se sastoje od običnih kapljica vode, koje je topli vazduh podigao sa površine Zemlje. Najveća količina vodene pare formira se iznad okeana (najmanje 400 hiljada kubnih kilometara vode ovdje ispari u jednoj godini), na kopnu - četiri puta manje.
A kako je u gornjim slojevima atmosfere mnogo hladnije nego ispod, zrak se tamo prilično brzo hladi, para se kondenzira, formirajući sitne čestice vode i leda, uslijed čega se pojavljuju bijeli oblaci. Može se tvrditi da je svaki oblak svojevrsni generator vlage kroz koji voda prolazi.
Voda u oblaku je u gasovitom, tečnom i čvrstom stanju. Voda u oblaku i prisustvo čestica leda u njima utiče na pojavu oblaka, njegovo formiranje, kao i na prirodu padavina. To je tip oblaka koji određuje vodu u oblaku, na primjer, oblaci pljuska imaju najveću količinu vode, dok oblaci nimbostratusa imaju 3 puta manje vode. Vodu u oblaku karakterizira i količina koja je u njima pohranjena – zaliha vode u oblaku (voda ili led koji se nalazi u stupcu oblaka).
Ali sve nije tako jednostavno, jer da bi nastao oblak, kapljicama su potrebna zrnca kondenzacije - sitne čestice prašine, dima ili soli (ako je u pitanju more), za koje se moraju zalijepiti i oko kojih se moraju formirati. . To znači da čak i ako je sastav zraka potpuno prezasićen vodenom parom, bez prašine se neće moći pretvoriti u oblak.
Kakav će tačan oblik poprimiti kapljice (voda) ovisi prvenstveno o temperaturnim indikatorima u gornjim slojevima atmosfere:
Nakon odgovarajućih transformacija, ispada da 1 cm3 oblaka sadrži oko 200 kapi, a njihov radijus će biti od 1 do 50 μm (prosječne vrijednosti su od 1 do 10 μm).
Svi su se vjerovatno pitali koje vrste oblaka postoje? Obično se formiranje oblaka događa u troposferi, čija je gornja granica u polarnim geografskim širinama udaljena 10 km, u umjerenim širinama - 12 km, u tropskim širinama - 18 km. Često se mogu uočiti i druge vrste. Na primjer, sedefasti se obično nalaze na nadmorskoj visini od 20 do 25 km, a srebrni - od 70 do 80 km.
U osnovi, imamo priliku da posmatramo troposferske oblake, koji se dele na sledeće vrste oblaka: gornji, srednji i donji sloj, kao i vertikalni razvoj. Gotovo svi (osim posljednje vrste) pojavljuju se kada se vlažan, topli zrak diže na vrh.
Ako su zračne mase troposfere u mirnom stanju, nastaju cirusi, slojeviti oblaci (cirostratus, altostratus i nimbostratus), a ako se zrak u troposferi kreće u valovima, pojavljuju se kumulusni oblaci (cirokumulus, altocumulus i stratocumulus).
Govorimo o cirusima, cirokumulusima i cirostratusnim oblacima. Nebeski oblaci izgledaju kao perje, talasi ili veo. Svi su prozirni i manje-više slobodno propuštaju sunčeve zrake. Mogu biti ili izuzetno tanki ili prilično gusti (cirostratusi), što znači da je svjetlosti teže proći kroz njih. Oblačno vrijeme signalizira približavanje toplotnog fronta.
Cirrusi se mogu pojaviti i iznad oblaka. Poređane su u pruge koje prelaze nebeski svod. U atmosferi se nalaze iznad oblaka. Iz njih po pravilu ne ispada sediment.
U srednjim geografskim širinama bijeli oblaci gornjeg nivoa obično se nalaze na nadmorskoj visini od 6 do 13 km, u tropskim geografskim širinama nalaze se mnogo više (18 km). U ovom slučaju, debljina oblaka može biti od nekoliko stotina metara do stotina kilometara, koji se mogu nalaziti iznad oblaka.
Kretanje oblaka gornjeg sloja po nebu prvenstveno zavisi od brzine vjetra, pa može varirati od 10 do 200 km/h. Nebo oblaka sastoji se od malih kristala leda, ali vrijeme oblaka ne daje praktične padavine (a ako i ima, trenutno ih nema načina da se izmjere).
To su kumulusni i stratusni oblaci. U umjerenim i polarnim širinama nalaze se na udaljenosti od 2 do 7 km iznad Zemlje, u tropskim geografskim širinama mogu se podići malo više - do 8 km. Svi imaju mješovitu strukturu i sastoje se od kapljica vode pomiješanih s kristalima leda. Budući da je visina mala, u toploj sezoni uglavnom se sastoje od kapljica vode, u hladnoj sezoni - od kapljica leda. Istina, padavine s njih ne dopiru do površine naše planete - isparavaju na putu.
Kumulusni oblaci su blago providni i nalaze se iznad oblaka. Boja oblaka je bijela ili siva, mjestimično potamnjeli, izgledaju kao slojevi ili paralelni nizovi zaobljenih masa, gredica ili ogromnih pahuljica. Magloviti ili valoviti slojeviti oblaci su veo koji postepeno zaklanja nebo.
Nastaju uglavnom kada hladni front gurne topli naviše. I, iako padavine ne dopiru do tla, pojava oblaka srednjeg sloja gotovo uvijek (osim, možda, u obliku tornja) signalizira promjenu vremena na gore (na primjer, grmljavinu ili snježne padavine). To se događa zbog činjenice da je sam hladan zrak mnogo teži od toplog zraka i krećući se duž površine naše planete, vrlo brzo istiskuje zagrijane zračne mase prema gore - stoga, zbog toga, uz nagli uspravni porast toplog zraka, bijeli Prvo se formiraju oblaci srednjeg sloja, a zatim kišni oblaci čije nebo nosi gromove i munje.
Stratusni oblaci, nimbusi i kumulusni oblaci sadrže kapljice vode koje se smrzavaju u čestice snijega i leda tokom hladne sezone. Nalaze se prilično nisko - na udaljenosti od 0,05 do 2 km i predstavljaju gustu, jednoliku nisko nadviseću pokrivaču, rijetko smještenu iznad oblaka (druge vrste). Boja oblaka je siva. Stratusni oblaci izgledaju kao velika okna. Oblačno vrijeme je često praćeno padavinama (slaba kiša, snijeg, magla).
Sami kumulusni oblaci su prilično gusti. Oblik je pomalo sličan kupoli ili kuli sa zaobljenim obrisima. Kumulusni oblaci mogu se pokidati u naletima vjetra. Nalaze se na udaljenosti od 800 metara od površine zemlje i iznad, debljine se kreću od 1 do 5 km. Neki od njih su sposobni da se transformišu u kumulonimbuse i nalaze se iznad oblaka.
Kumulonimbusi se mogu naći na prilično velikim visinama (do 14 km). Njihovi donji nivoi sadrže vodu, gornji nivoi sadrže kristale leda. Njihovu pojavu uvijek prate pljuskovi, grmljavina, a u nekim slučajevima i grad.
Kumulus i kumulonimbus, za razliku od drugih oblaka, nastaju samo uz vrlo brz vertikalni porast vlažnog zraka:
Ponekad na nebu možete uočiti oblake koji se nalaze u gornjim slojevima atmosfere. Na primjer, na nadmorskoj visini od 20 do 30 km formiraju se biserni nebeski oblaci, koji se uglavnom sastoje od kristala leda. A prije zalaska ili izlaska sunca često se mogu vidjeti srebrnasti oblaci, koji se nalaze u gornjim slojevima atmosfere, na udaljenosti od oko 80 km (zanimljivo je da su ovi nebeski oblaci otkriveni tek u 19. stoljeću).
Oblaci u ovoj kategoriji mogu se nalaziti iznad oblaka. Na primjer, kapasti oblak je mali, horizontalan i visoko slojevit oblak koji se često nalazi iznad oblaka, odnosno kumulonimbusa i kumulusa. Ova vrsta oblaka može se formirati iznad oblaka pepela ili oblaka vatre tokom vulkanskih erupcija.
Život oblaka direktno zavisi od vlažnosti vazduha u atmosferi. Ako ga ima malo, oni dosta brzo ispare (na primjer, postoje bijeli oblaci koji traju ne više od 10-15 minuta). Ako ih ima puno, mogu trajati dosta dugo, sačekati da se stvore određeni uslovi i pasti na Zemlju u obliku padavina.
Bez obzira koliko dugo oblak živi, nikada nije u nepromijenjenom stanju. Čestice koje ga čine stalno isparavaju i ponovo se pojavljuju. Čak i ako spolja oblak ne mijenja svoju visinu, zapravo je u stalnom kretanju, budući da se kapi u njemu spuštaju, kreću u zrak ispod oblaka i isparavaju.
Bijele oblake je prilično lako napraviti kod kuće. Na primjer, jedan holandski umjetnik naučio je da ga kreira u svom stanu. Da bi to uradio, pri određenoj temperaturi, nivou vlažnosti i osvetljenosti, pustio je malo pare iz mašine za dim. Ispostavilo se da je oblak u stanju da traje nekoliko minuta, što će biti sasvim dovoljno za fotografisanje nevjerovatnog fenomena.
