Bir bulut yaklaşık 500.000 kilogram ağırlığındadır, neden düşemez? Dostça bir hatırlatma, dikkatli ol
Bir bulutun ağırlığı yaklaşık 500.000 kilogramdır O zaman neden düşmüyor?
Neden bulutlar gökyüzünde yüzebilecek kadar ağır İnsanlar neden yüzmeye devam edemiyor?
Netizeni tanıyın @
Gökyüzündeki bulutlar neden düşmüyor? (Yağmur hariç)
1. Özetle: Düşük terminal hızıGenel konuşma dilinde, terminal hızı, serbest düşen bir nesnenin yerçekimi ve hava direncinin karşılıklı kısıtlamaları altında sonunda ulaşabileceği maksimum tekdüze hızdır. Genel kural, bir nesnenin ağırlığı ne kadar fazlaysa, terminal hızının da o kadar yüksek olmasıdır.
Bulutun neden düşmediği sorununu analiz ederken, tüm bulutun toplam ağırlığını (doğal dil) dikkate alamayız çünkü bulutu oluşturan küçük damlacıklar bağımsız olarak var olur ve etkileşim yoktur. Bu nedenle, genel kaldırma kuvveti ve yoğunluk ile ilgili bu sorunun cevabı arzu edilmez, çünkü bulutlar bir bütün olarak birbirleriyle etkileşmezler ve tek bir damla veya buz kristali için yoğunluğu havadan çok daha fazladır.
Her damlacık için, son derece küçük ağırlığı nedeniyle, terminal hız da çok küçüktür (muhtemelen mm / s düzeyinde). Şu anda, hafif hava akışı bozukluğu bu damlacıkları kaldırabilir ve orijinal yüksekliklerine geri dönebilir.
Dolayısıyla, yukarıdaki sonucu desteklemek için, biraz lise düzeyinde stres analizi yapalım.
2. Yerçekimi: evrensel yerçekimiHerhangi bir madde-varlık yeryüzü ortamında yerçekimine maruz kalacaktır.Kütleçekimin genel formülü şudur:
G'nin yerçekimi sabiti olduğu yer. Dünya için, ölçülen değerlere dayanan formülün basitleştirilmiş bir versiyonu vardır;
Denklem (2) 'deki G'nin, (1) denklemindeki yerçekimi sabiti değil, nesnenin dünya ortamında aldığı yerçekimi olduğuna dikkat edin; g, ölçülecek nesnenin ölçülmesi gereken yerel yerçekimi ivmesidir. Yukarıdaki iki formül aracılığıyla, kütleçekim ivmesinin ölçülen değerinin fiziksel doğasının gerçekte olduğunu bulabiliriz.
Yerçekimi sabiti G ve dünyanın kütlesinin her ikisi de sabit değerler olduğundan, yerçekimi ivmesinin ölçülecek nesne ile dünyanın merkezi arasındaki mesafenin karesi ile ters orantılı olduğunu söyleyebiliriz.
ps Ancak gerçek durumlarda, dünya ve dünya yüzeyindeki nesneler arasındaki kuvvet ilişkisi, yukarıda bahsedilen ilişkiden hala daha karmaşıktır, çünkü esas olarak dünyanın belirli bir dönme hızı (360 ° / ~ 24 saat), dolayısıyla gerçek görünüm Yerçekimi, aslında, dünyanın dönüşünün neden olduğu belirli bir merkezcil kuvveti dışlayan basit evrensel yerçekiminin bir bileşenidir.
3. Direnç: hava direnciBu alandaki bilgilerini genişletmeyi planlamayan lise öğrencileri (çünkü gerçekten işe yaramaz) bu bölümü doğrudan atlayabilirler. Belirgin hava akışının olmadığı bir hava alanında, hareketli bir nesnenin hava direnci, havaya göre hızıyla ilgilidir.Hava direnci için genel formül
Bunlar arasında, atmosferin kütle yoğunluğu, v hareket eden nesnenin ve atmosferin göreceli hızı, Cd atmosferin direnç katsayısı ve A, hareketli nesnenin hareket yönünün normal düzleminde yani rüzgârda öngörülen alanıdır. alan. Bu nedenle, formül (2) ile formül (5) arasındaki fark, serbest düşen nesnenin aşağıdaki formülde uyguladığı sonuçta ortaya çıkan dış kuvvettir.Lise öğrencilerinin anlamasını kolaylaştırmak için, hava direncini hızın karesiyle ilgili bir fonksiyona değil, geçici olarak basitleştiriyoruz. Genişletilmiş içerik
4. Kapsamlı kuvvet analiziBuradan, serbest düşüşün ilk anında nesnenin anlık hızının sıfır olduğunu, yönün dikey olduğunu ve yalnızca yerçekimine tabi olduğunu öğrenebiliriz. Newton'un ikinci yasasına göre
Cismin şu anda maksimum ivmeye sahip olduğu görülebilir. Nesnenin ivmesi ile ikinci düzey fiziksel niceliğin hava direnci, ikinci dereceden fonksiyonun hızı ile hız arttıkça, bu sırada nesne üzerindeki ortaya çıkan dış kuvvet, nesnenin sabit yerçekimi (Ft diyagramında yatay bir düz çizgi) ve hızlı Artan aerodinamik kuvvetin farkı (Ft diyagramında, koordinat orijinden geçen monoton olarak artan ikinci dereceden içbükey bir fonksiyondur).
Herhangi bir nesnenin serbest düşüşte ulaşabileceği maksimum hızı bulabiliriz, yani bu hızda, nesnenin yerçekimi ve hava direnci büyüklük ve zıt olarak eşittir ve ortaya çıkan dış kuvvet sıfırdır; bu hıza terminal hız denir, Dünyanın dönüşü ve havanın kaldırma kuvvetinin etkisini dikkate almadan, serbest düşen bir nesnenin temel kuvvet ilişkisi ve terminal hızı
(Alt simge t, terminal hızının İngilizce terminal hızının ilk harfinden gelir) olarak ifade edilir
ek
Netizeni tanıyın @
Yukarıdaki formülde (8) kütle terimi m ve rüzgar alanı terimi A'nın geometrik olarak genişletilebileceği belirtilmektedir.
Elbette mümkündür, ancak "su damlacıkları küreseldir" yaklaşımı önceden ayarlanmalıdır. Bu şekilde, denklem (8) daha da basitleştirilebilir ve nihayet, durgun havada serbest düşen bir kürenin son hızını ve hava kaldırma kuvveti dikkate alınmadan kürenin yarıçapını açıklayan bir formül (9) ve ilişki (10) elde edilebilir.
Şimdi yukarıdaki ilişki netleştiğine göre soruya geri dönelim, Gökyüzündeki bulutlar neden düşmeden gökyüzünde kalabilir?
Bizim varsayımımıza göre çeşitli hipotezlerimiz olabilir, örneğin gökyüzündeki bulutlar su buharı olabilir mi? Ancak su buharı ise optik özelliklere sahip olmamalı, tamamen şeffaf olmalıdır. Bu nedenle, bulutun özü hala son derece ince sıvı su ve katı su buzu parçacıklarıdır.
Yukarıdaki formülün türetilmesindeki son formül, formül (8), serbest düşüşte belirli bir kütleye sahip bir nesnenin son hızıdır. Son hızın, nesnenin yerçekiminin kareköküyle orantılı olduğunu veya nesnenin yerçekiminin, Terminal hızının ikinci seviyesi.
Bu nedenle, çok küçük bir kütleye sahip bir su damlacığı veya buz kristali için, serbest düşüşte elde edilebilecek maksimum hızın da çok küçük olduğunu (birkaç mm / s gibi) hayal etmek zor değil, bu zamanda, küçük hava akışı tüm bulutu destekleyebilir. Düşmeden yükselin.
Havada spreyler, fıskiyeler ve diğer ürünleri kullandığımızda, serbest düşüşte püskürtülen damlacıkların hızlanma hızını da bulabilmemiz, küçük kütleli nesnelerin düşük terminal hızından dolayıdır (ama aslında düz veya eğimli olmalıdır) Nispeten büyük kütleli nesnelerin (cep telefonunuz gibi) düşen ivmesinden önemli ölçüde daha yavaş.
Netizen'i tanıyın @Çünkü Damlacık düşebilse bile alçalma sürecinde buharlaşır ve bir bulut değildir.
Makroskopik atmosferik hareketten açıklamama izin verin.
Bulut nasıl oluşur? Kısacası, zeminde yükselen havanın yüksek bir irtifada soğuması, çiğ noktasının altına ulaştıktan sonra buhar küçük damlacıklar halinde yoğunlaşarak bulutları oluşturmasıdır.
Peki bulut neden nispeten kararlı?
Aslında bu soru doğru değil Tüm bulutlar nispeten kararlı değildir. Kümülonimbus gibi birçok kararsız bulut var.
Bunun aerodinamik nedenleri var. Yerdeki hava, yer sıcaklığı ile ısınır ve yükselmeye başlar. Bir hava akımı hayal edebiliriz (bir sıcak hava balonuna sarılmak gibi). Yükseldiğinde, basınç düşüşü nedeniyle genişler, bu da harici işin yapılmasına neden olur ve bu da sıcaklığın düşmesine neden olur. Yoğunlaşacak buhar olmadığında, sıcaklık düşüşü hızı yaklaşık 10 ° C / km'dir (buna kuru adyabatik atlama hızı, DALR, Kuru Adyabatik Lapse Oranı denir). Atmosferik çevrenin doğal sıcaklık düşüşü yaklaşık 6.5 ° C / km'dir (buna Çevresel Lapse Rate, ELR, Environment Lapse Rate denir). Bu nedenle, şu anda, yukarı yönlü soğutma hızı, ortam soğutma hızından daha hızlıdır.
Sıcaklık çiğlenme noktasına düştüğünde, hava akımındaki su buharı yoğunlaşmaya başlar. Yoğuşma işlemi sırasında ısı açığa çıkar, bu nedenle hava akışının sıcaklık düşüş hızı bu zamanda yavaşlar, genellikle yaklaşık 6 ° C / km (Nemli Adyabatik Lapse Rate, MALR, Nemli Adyabatik Lapse Oranı). Bu sırada, yukarı yönlü hareketin soğutma hızı, genellikle ortam soğutma hızından daha yavaştır.
Her durumda, yukarı çekiş yükselmeye devam ettiğinde, sıcaklığı düşer ve yoğunluğu artar. Soğutma hızı, ortamın soğutma hızından daha hızlı olduğunda (DALR > ELR), kaldırma kuvveti etkisi nedeniyle, kademeli olarak bir batma eğilimine sahip olacak ve kademeli olarak yükseliş eğilimini dengeleyecektir.
Damlacık oluşmaya başladığında, batma eğilimi, yükselen trende tamamen direnmek için hala yeterli olmazsa, yükselmeye devam edecektir. Durduracak hiçbir şey yok çünkü şu anda soğutma hızı yavaşladı ve soğutma hızı ortamın soğuma hızı kadar hızlı değil (MALR
Ancak, yoğunlaşmaya başladığında, ortam sıcaklığından zaten daha soğuktur, bu yüzden bir batma eğilimi vardır, o zaman yükselmeye devam etmeyecek, ancak yayılıp konvektif bir şekilde batacaktır. Bu nedenle damlacıklar yoğunlaşmaya devam etmeyecek ve yağmur yağmayacaktır. Bu nedenle güneşli bir günde gördüğümüz bulutlar aynı yükseklikte aşağı yukarı düzdür.
Öyleyse, işte soru geliyor, bu zamanda hava akışı batmaya başladığına göre, bulut onu neden takip etmiyor?
Oldukça basit bir şekilde, hava akışı düştüğünde, sıcaklık yükselmeye başlar. Sonuç olarak, küçük damlacıklar tekrar buharlaşır. Başka bir deyişle, Bulut katmanı düşüyor, ancak düştükten sonra artık bir bulut değil, bu yüzden artık onu göremiyorsunuz. Bu yükseklikte bulutlar yükselen hava akımlarının getirdiği nemle desteklenir. Yani gördüğünüz şey sabit bir bulut.
Tabii ki, atmosferik konveksiyon ve bulut katmanı değişiklikleri çok karmaşık bir fenomendir ve farklı oluşum mekanizmalarına sahip çeşitli bulutlar vardır. Bu sadece bir basitleştirmedir. Ayrıntılar için lütfen meteoroloji ilkelerine bakın.
Bulut neden gökyüzünde yüzemiyor?
Anlıyor musun?
Yorumlar
