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百万吨重的乌云为啥能飘在天上?

最近有网友提问:听说云有几吨重,那它是怎么飘在空中的?万有引力难道失灵了?

其实,云朵飘浮在空中,就是云朵飘浮在空气之上。这与万有引力有一定关系,但又没有多大关系。引力在地球表面表现为重力,相同质量的空气和云朵,重力是相等的。

万有引力表达式为:F=GMm/r^2。这里的G为引力常数,也就是两个1公斤物体距离一米时的引力值,G=6.67×1011N·m^2/kg^2(牛顿平方米每二次方千克);M和m是指两个相互发生引力作用的物体质量,单位为千克;r为两个发生引力作用的物体之间质心距离。

从万有引力公式我们可以看出,引力是一种相互作用,是两个或两个以上物体相互作用的体现;引力大小与质量大小成正比,与相互作用物体的距离平方成反比。在地球或其他天体上,引力以重力的方式呈现。

作为引力和重力来说,相同质量的云朵与空气重力是相等的。但为啥云朵能够漂浮在空气之上呢?这就涉及到浮力理论了。浮力是与重力方向相反的一种力,是指浸在流体内的物体,受到流体竖直向上的作用力,是物体在液体或气体中,各个表面受流体压力的差形成的合力。

简单地说,云是地球表面庞大水循环系统导致的现象,在太阳辐射下,大地表面的水被蒸发形成水蒸气,当水汽处于过饱和状态时,水分子就会聚集在空气中的微尘周围,产生水滴或冰晶将阳光散射到各个方向,这就让我们看到多姿多彩的云朵。

水蒸气为啥会上升呢?因为饱和水蒸气的密度为0.6kg/m^3,而空气的密度约为1.29kg/m^3,这样,水蒸气当然就上升了。当这些水蒸气凝结成水珠或冰晶时,作为个体,它们的密度是大于空气的,但在水蒸气的庞大体积裹挟中,整体密度就很低了,甚至降到0.5kg/m^3以下。

另外,热胀冷缩效应导致地面的热空气不断上升,对这些小水滴和冰晶起到托举作用。在对流强烈的天气里,这些小水滴和冰晶不断受到重力的下拉和热空气的托举上下运动,在不断碰撞中越来越大,热空气终于不堪重负无力托举了,于是就下起了暴雨或冰雹。如果剖开一颗冰雹查看,就会看到冰雹的层层包裹结构,这就是冰晶在空中受到重力和热空气“操弄”,不断上下翻滚的结果。

云的重量是根据云的体积来衡量的,所谓听说云有几吨重实在大大低估了,随便一朵云也有数公里大小,即便一朵一公里见方的云,按照0.5kg/m^3密度计算,也有50万吨重。而同等体积的空气则有129万吨重。这样,云团再重,也只能浮在空中,而空气只能沉在下面了。

据《燕赵都市报》

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