Облако выглядит как вата, но весит как 100 слонов. Так почему оно не падает?

Каждое облако на небе выглядит как легкий кусочек ваты, но на самом деле оно весит столько, что под его тяжестью мог бы провалиться асфальт. И это не преувеличение. Оно в разы тяжелее самого большого пассажирского самолета. Так почему же оно не падает и не сносит крыши домов? Это загадка, которую физики разгадали давно, но многие до сих пор не верят.

Чтобы узнать массу облаков, ученым пришлось прибегнуть к математике

Из чего состоит кучевое облако

Многие интуитивно представляют тучу как гигантский резервуар с водой или плотный кусок пара, у которого есть четкие границы. В реальности это просто участок атмосферы, внутри которого скопились миллиарды микроскопических водяных капель и мельчайших кристалликов льда.

Большую часть объема облака занимает обычный воздух. Если вы окажетесь внутри него на самолете или подниметесь на вершину горы, то увидите лишь густой туман без каких-либо плотных белых стен. Радиус типичной облачной капли составляет от 1 до 10 микрометров, что значительно тоньше человеческого волоса. При этом в одном кубическом сантиметре пространства могут свободно парить сотни таких частиц.

Именно поэтому облака не падают на нас цельным куском. У них нет оболочки, которая отделяла бы внутреннюю влагу от внешней среды.

Будь в курсе новых событий по максимуму — подписывайся на наш канал в Max!

Как ученые узнали массу облаков

Поскольку тучу нельзя положить на весы, исследователи используют расчетный метод. Чтобы узнать массу, нужно умножить общий объем облака на количество жидкой воды в кубическом метре пространства.

Для стандартного расчета ученые берут кучевое облако размером один километр в длину, ширину и высоту. Это значит, что его объем составляет ровно один миллиард кубических метров. По словам метеорологов, в каждом кубометре такого облака содержится в среднем 0,5 грамма жидкой воды. Если умножить этот показатель на весь объем, получится 500 миллионов граммов, или те самые 500 тонн. Подобный расчет приводит в своих работах научный руководитель Института физики атмосферы РАН Игорь Мохов.

Важно отметить, что 500 тонн это вес лишь типичного кучевого облака. Небольшое белое пятнышко на небе может содержать всего пару десятков тонн влаги, тогда как грозовая туча содержит миллионы тонн воды и льда, растягиваясь на десятки километров.

Читайте также: Почему облака на небе движутся в разные стороны одновременно

Почему облака не падают на землю

Главный секрет кроется в распределении этой массы. Сотни тонн воды не собраны в одной точке, а равномерно размазаны по гигантскому объему в целый кубический километр.

Половина грамма влаги на кубометр это примерно десятая часть чайной ложки воды, распыленная в пространстве размером с большой шкаф. Разумеется, гравитация постоянно тянет эту воду вниз. Но поскольку капли имеют ничтожную массу и относительно большую площадь поверхности, сопротивление воздуха сильно тормозит их падение.

По данным Большой российской энциклопедии, капля размером до 10 микрометров опускается со скоростью от 2 до 43 метров в час. Получается, что даже в абсолютно неподвижном воздухе влага оседает медленнее, чем передвигается идущий пешком человек.

Кроме того, капли постоянно испаряются. Когда микрокапля медленно опускается к нижней, более сухой границе облака, она просто превращается в невидимый пар. Это напоминает дым над костром, когда столб кажется цельным объектом, но частицы в нем непрерывно сменяют друг друга.

Восходящие потоки теплого воздуха поддерживают капли от падения

Как атмосфера влияет на тучи

Атмосфера нашей планеты никогда не бывает абсолютно бездвижной. Солнце нагревает поверхность земли, от которой, в свою очередь, нагревается нижний слой воздуха.

Теплый воздух всегда стремится наверх. Он расширяется, становится легче окружающего пространства и формирует устойчивые восходящие потоки. На высоте этот нагретый воздух постепенно охлаждается, водяной пар конденсируется, и рождаются новые облачные капли на смену испарившимся.

Даже слабого потока со скоростью несколько сантиметров в секунду хватает, чтобы полностью скомпенсировать медленное оседание микрокапель. Внутри тучи постоянно кипит турбулентная жизнь: потоки перебрасывают воду вверх, вниз и в стороны. Облако представляет собой динамичную систему, в которой вода перемещается каждую секунду.

Вам будет интересно: Самые редкие облака, которые выглядят нереально, но существуют на самом деле

Как формируются осадки и начинается дождь

Пока капли малы, воздушные потоки отлично справляются с их весом. Но внутри тучи частицы воды регулярно сталкиваются друг с другом и сливаются воедино. Когда капли укрупняются, их свойства стремительно меняются:

• радиус капли увеличивается в 10 раз;
• площадь поверхности возрастает примерно в 100 раз;
• объем и масса вырастают сразу в 1000 раз.

Из-за такого скачка массы сопротивление воздуха уже не может эффективно тормозить падение. Диаметр обычной капли дождя составляет от 0,5 до 7 миллиметров. Это означает, что дождевая капля в миллионы раз тяжелее своей микроскопической облачной предшественницы. Восходящие потоки перестают ее удерживать, гравитация берет верх, и на землю проливается дождь.

Было интересно? Тогда подпишитесь на наш Telegram-канал, чтобы не пропускать ничего интересного!

Многие люди пугаются темных грозовых туч, полагая, что они могут упасть целиком. На самом деле цвет зависит только от толщины. Большой слой облака хуже пропускает свет Солнца, поэтому снизу кажется нам серым или черным. Если же туча физически опустится до самой поверхности земли, мы не почувствуем никакого удара, местность просто окутает густой туман.