天上的白云并不是虚无缥缈之物,它们也是有重量的,根据已知的测量数据,对于晴空中那些的白云而言,构成它们的物质平均密度约为0.5克/立方米,而它们的平均体积则大约是1立方公里,据此计算的话,一朵云可重达500吨。
也就是说,假设一头大象的重量为5吨(这很合理),那么一朵云的重量就大概相当于100头大象,所以问题就来了,既然天上的云朵是如此沉重,那为何它们不会掉下来呢?
对于这个问题,可能有人会说,天上的云朵是由水蒸气构成的,由于水蒸气比空气轻,云朵当然就不会掉下来了。然而这种看似合理的观点,其实并不算正确,因为水蒸气是一种无色透明的气体,这就意味着,如果云朵是由水蒸气构成的,那我们就应该看不见它们才对。
实际上,天上的云朵并不是水蒸气构成的,而是一大堆极为细小的液态水滴或固态冰晶,它们通常是由空气中的水蒸气在高空中冷凝而成,与之类似的是,我们在烧开水时所看到的“白气”,实际上也是水蒸气在空气冷凝而成的微小水滴。
为方便描述,我们可以将这些构成云朵的细小水滴和冰晶统称为“云滴”,事实上,我们之所以能够看到天空中的白云朵朵,其实是因为“云滴”能够散射光线。
需要知道的是,尽管天上的云朵是一大堆的“云滴”,但这些“云滴”彼此之间却没有相互吸引的牵连作用,所以从严格意义上来讲,云朵并不能算是一个整体。
显而易见的是,无论“云滴”是水滴还是冰晶,其密度都比空气大得多,这就意味着,空气是无法托往“云滴”的,所以从这方面来讲,天上的云朵应该会不避免地往下掉。但实际上,这种情况似乎并没有发生,为什么会这样呢?其实主要原因在于“终端速度”。
简单来讲,当一个物体在地球大气中自由下落时,重力会将其向下拉动,其下落速度会越来越快,但空气阻力却会对其产生反向作用,并且随着下落速度的增加,空气阻力也会不断增大,直到最终达到一个平衡点,即该物体受到的重力与它受到的空气阻力相等,此时物体的下落速度就会保持恒定,这个速度就是“终端速度”。
据此可知,在其他条件相同的情况下,一个物体受到的重力越小,其“终端速度”就越慢(反之亦然),而我们都知道,一个物体所受的重力与它的质量成正比,这就意味着,在其他条件相同的情况下,一个物体的质量越小,其“终端速度”就越慢。
正如前文所言,“云滴”是极为细小的,具体有多小呢?这样说吧,它们的半径通常都只有几微米至几十微米,其质量只能以纳克计(1克 = 10^9纳克),也正因为如此,“云滴”的“终端速度”就极为缓慢,通常只能达到每秒几毫米的数量级。
因此可以说,如果没有其他的干扰因素,天上的云朵就会一直会往下掉,但即使是这样,它们掉落的速度也极为缓慢,以至于我们无法察觉得到。
另一方面来讲,自然界中几乎不可能不存在干扰因素,由于“云滴”非常微小,因此只需要一点点上升气流和水平位移风,就可以有效地阻止云朵的掉落过程,也正因为如此,云朵通常都可以长时间地漂浮在天空中,而不会掉下来。
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