ابر چگونه از آب پر می شود؟

مدیران انجمن: javad123javad, parse

ارسال پست
نمایه کاربر
rohamjpl

نام: Roham Hesami

محل اقامت: City of Leicester Area of Leicestershire LE7

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 999

سپاس: 644

جنسیت:

تماس:

ابر چگونه از آب پر می شود؟

پست توسط rohamjpl »

به عبارت دقیق تر، ابر از آب پر نمی شود. اول از همه، ابر اسفنجی نیست که از مواد دیگری ساخته شده باشد که آب را جذب کند. آب در ابر ابر است. به طور دقیق تر، یک ابر از قطرات بسیار کوچک آب مایع یا کریستال های یخ معلق در هوا تشکیل شده است. قطرات آب و کریستال های یخی که یک ابر را تشکیل می دهند شناور هستند نه به این دلیل که توسط مواد اسفنج مانندی که آنها را در جای خود نگه می دارد خیس می شوند. در عوض، قطرات آب و بلورهای یخی که یک ابر را تشکیل می‌دهند شناور می‌شوند، زیرا آنقدر کوچک هستند که مقاومت هوا گرانش را متعادل می‌کند. برای دقیق تر، قطرات آب و کریستال های یخی که یک ابر را تشکیل می دهند، در واقع بی حرکت در آسمان شناور نمی شوند. در عوض، آنها دائماً تحت تأثیر گرانش بسیار آهسته در حال سقوط هستند و گهگاه توسط جریانی از باد به سمت بالا کشیده می شوند. این حرکت سقوط و بالارفتن قطرات/بلورهایی که یک ابر را تشکیل می‌دهند به قدری آهسته است و ابرها آنقدر بزرگ و دور هستند که برای یک ناظر معمولی روی زمین دشوار است که متوجه این حرکت شود. در کتاب "فیزیک ابر" نوشته لوئیس جی باتان آمده است: "یک قطره با شعاع 10 میکرون با سرعت 1 سانتی‌متر بر ثانیه [0.02 مایل در ساعت] می‌افتد، در حالی که قطرات با شعاع 50 میکرون با سرعت 26 سانتی‌متر می‌افتند. ثانیه [0.6 مایل در ساعت]." هنگامی که قطرات آب مایع یا یخ که یک ابر را تشکیل می‌دهند در اثر برخورد و ادغام اندازه آنها افزایش می‌یابد، می‌توانند آنقدر بزرگ شوند که مقاومت هوا دیگر نتواند با گرانش مقابله کند (وقتی r> 0.1 میلی‌متر باشد). چنین قطراتی مانند باران فرو می ریزند.ثانیاً ابرها پر از آب نیستند. آنها عمدتاً پر از هوا هستند. وقتی می گوییم یک سطل با آب پر شده است، منظورمان این است که تقریباً هر فضای موجود در سطل حاوی آب است. در ابر، هر فضای موجود قطعاً حاوی آب نیست. آبی که یک ابر را تشکیل می‌دهد، مدت‌ها قبل از اینکه به اندازه‌ای جمع شود که کل حجم ابر را پر کند، به صورت باران می‌ریزد. به طور شگفت انگیزی، تنها یک میلیاردم حجم یک ابر از آب تشکیل شده است. بقیه هواست این بدان معناست که به ازای هر یک نانومتر مکعب ابر حاوی آب، حدود یک میلیارد نانومتر مکعب در ابر وجود دارد که فقط هوا دارد. در کتاب "رنگ و نور در طبیعت" نوشته دیوید کی. لینچ و ویلیام چارلز لیوینگستون آمده است: "ابرها با وجود دید چشمگیرشان، موجوداتی ضعیف هستند. یک کومولوس ممکن است 1000 قطره در هر سانتی متر مکعب داشته باشد، اما این قطرات کوچک و نسبتاً گسترده هستند. آب کمتر از یک میلیاردم (9-10) حجم ظاهری ابر را تشکیل می‌دهد و تنها حدود یک میلیونیم گرم در هر سانتی‌متر مکعب به چگالی آن کمک می‌کند.» ابرها قطعا پر از آب نیستند. آنها عمدتاً پر از هوا هستند.
چگونه ابرها می توانند از نظر بصری بسیار چشمگیر باشند در حالی که آنها عمدتاً هوای نامرئی هستند؟ نکته کلیدی این است که نور از سطح اجسام منعکس می شود. هر چه مساحت سطح بیشتر باشد، نور بیشتر منعکس می شود. به همین دلیل است که یخ جامد خالص عمدتاً شفاف است اما برف (که فقط یخ در اشکال پیچیده کوچک است) سفید روشن است. در حالی که یک ابر از نظر حجم کل آب زیادی ندارد، آبی که در آن وجود دارد بین تریلیون ها قطره کوچک تقسیم می شود که منجر به بسیاری از سطوح بازتابنده می شود.
برای مثال، برای سادگی فرض کنید که یک ابر از قطرات آب تشکیل شده است که همگی به یک اندازه با شعاع r هستند و به طور یکنواخت توزیع می شوند. فرض کنید حجم کل ابر در Vcloud ثابت است و حجم کل آب در این ابر در Vw ثابت است. از آنجایی که حجم یک قطره کروی آب 4/3 πr3 است، تعداد قطرات n در ابر ضربدر این حجم قطره، حجم کل آب در ابر را به ما می دهد: Vw = n 4/3 π r3. به طور مشابه، سطح یک کره 4 πr2 است، بنابراین سطح کل قطرات در کل ابر Atotal = n 4 π r2 است. با حل معادله حجم برای n و جایگزینی نتیجه به معادله مساحت، متوجه می‌شویم: Atotal = 3Vw/r. از آنجایی که حجم کل آب ثابت است، این معادله به ما می گوید که همانطور که در نمودار زیر نشان داده شده است، با پایین آمدن شعاع هر قطره، سطح کل قطرات بالا می رود. برای اندازه های کوچک قطرات ابر، کل سطح قطرات ابر به مقادیر بسیار بالا می پرد. از آنجایی که مقدار نور منعکس شده توسط یک جسم به شدت به مساحت سطح آن بستگی دارد، سطح کل قطرات ابر به ابر اجازه می دهد تا با وجود اینکه عمدتاً هوا است، روشن باشد. توجه داشته باشید که با کوچک شدن اندازه یک قطره، مساحت سطح فردی آن البته کوچکتر می شود. اما برای حجم ثابت کل آب در یک ابر، قطرات کوچکتر به معنای قطرات بیشتر است که به معنای سطح کل بیشتر است.
نمودار مساحت کل به عنوان تابعی از شعاع افت در ابرهاتصویر
با فرض اینکه حجم کل یک ابر و حجم کل آب آن ثابت است، و قطرات ابر همگی به یک اندازه هستند، مساحت کل قطرات ابر با شعاع قطره نسبت عکس دارد، همانطور که در این نمودار نشان داده شده است. از آنجایی که مقدار نور بازتاب شده توسط یک جسم به شدت به مساحت سطح جسم بستگی دارد، می بینیم که اندازه قطرات کوچک در یک ابر سطح بزرگی را ایجاد می کندI hope I help you understand the question. Roham Hesami smile072 smile261 smile260 رهام حسامی ترم پنجم مهندسی هوافضا
تصویر

ارسال پست