Почему облака не падают

[solikkh]

А можно расширить вопрос? Выше пояснялось, что облака существуют по каким-то причинам и границы у них есть. Т.е. что-то происходит внутри объема с постоянными границами. Этот объем имеет солидный вес. Почему облако может висеть неподвижно и не падает? Стокс и Максвелл говорят о том, что слабый восходящий поток воздуха может удержать капли. Но ведь не столб капель. Итак, детский вопрос: почему облака не падают?

[DimaM]

solikkh в сообщении #1184976 писал(а):

Почему облако может висеть неподвижно и не падает? Стокс и Максвелл говорят о том, что слабый восходящий поток воздуха может удержать капли. Но ведь не столб капель. Итак, детский вопрос: почему облака не падают?

Капли вполне себе падают. Просто ниже некоторой границы они испаряются - это и есть нижний край облака.

[arseniiv]

druggist в сообщении #896643 писал(а):

Инверсионный след от самолета тоже нечто вроде облака и "живет" достаточно долго(порядка часа). Возможно, в природном трехмерном облаке играет роль отражение солнечных лучей от капель и снижение вследствие этого нагрева внутренних слоев облака и соответственно степени неравновесности жидкой фазы и, т.о., капли "живут" дольше

А возможно, дело просто в том, насколько более стратосфера сухая, чем в среднем тропосфера. Хотя величины не назову.

[realeugene]

solikkh в сообщении #1184976 писал(а):

Т.е. что-то происходит внутри объема с постоянными границами. Этот объем имеет солидный вес.

Вы удивитесь, но даже сухой воздух имеет "солидный вес" порядка килограмма на кубометр. Вес воды в этом кубометре, хоть в виде пара, хоть в виде капель - это уже малая поправка. Которая при этом очень существенна и является двигателем сильного восходящего движения воздуха в центре кучевого облака. И, конечно, чётких постоянных границ у облака нет, но на достаточно больших масштабах основание кучевого облака оказывается достаточно плоским, так как относительная влажность воздуха как раз на на этом уровне достигает 100%. В восходящем потоке воздуха, пересекающем этот уровень, пар конденсируется в мелкие капли, а в нисходящем - мелкие капли испаряются. В целом процесс развития облака с теоретической стороны оказывается очень сложным, так как жизнь облака неразрывно связана с существенно турбулентным движением воздуха, в котором сложная сама по себе турбулентность дополнительно осложнена существенными нелинейной и даже неоднозначной фазовой диаграммой состояния воды в этом воздухе и существенным для крупных капель падением капель относительно потока воздуха, скорость которого, действительно, очень сильно зависит от размеров этих капель.

[druggist]

(Оффтоп)

realeugene в сообщении #1185026 писал(а):

В целом процесс развития облака с теоретической стороны оказывается очень сложным

Читал мемуары одного физика (не помню фамилии, после войны - сотрудника Курчатовского Института). В войну во время интенсивного артиллеристского обстрела он наблюдал у пролетающего самолета интересную особенность: его инверсионный след был не сплошным, а имел периодические сгущения - разрежения. он это объяснил колебаниями давления, возникающими по курсу самолета при интенсивных звуковых волнах, создаваемых при артиллеристской стрельбе.

[solikkh]

realeugene в сообщении #1185026 писал(а):

Вы удивитесь, но даже сухой воздух имеет "солидный вес" порядка килограмма на кубометр. Вес воды в этом кубометре, хоть в виде пара, хоть в виде капель - это уже малая поправка. Которая при этом очень существенна и является двигателем сильного восходящего движения воздуха в центре кучевого облака.

Спасибо за ответ. Выделенная фраза непонятна. Не могли бы Вы уточнить её.

[realeugene]

solikkh в сообщении #1185077 писал(а):

Выделенная фраза непонятна. Не могли бы Вы уточнить её.

При неустойчивой стратификации, когда возникают атмосферные условия для образования кучевых облаков, поднявшаяся снизу воздушная масса, хоть при подъёме сама адиабатически расширяется и охлаждается, всё равно оказывается менее плотной, чем окружающие её массы воздуха на высоте, куда эта воздушная масса забралась. Возникающая из-за этого архимедова сила направлена вверх и совершает работу, ускоряя этот восходящий поток. В результате возникает восходящий поток - воздушная струя. Такие восходящие потоки сами по себе ещё не видны, если не начинается конденсация водяного пара и не образуется облако. Но если водяной пар начинает конденсироваться, облако становится видимым, кроме того, из-за большого количества выделяющегося при конденсации пара тепла в центре кучевого облака образуются особо сильные восходящие потоки, а вокруг - нисходящие. Планеристы ловят слабые восходящие потоки в чистом небе, а вот грозовые облака, как известно, уже опасны даже для реактивных самолётов.

[solikkh]

-- 16.01.2017, 17:03 --

Спасибо, понятно: ...поднявшаяся снизу воздушная масса, хоть при подъёме сама адиабатически расширяется и охлаждается, всё равно оказывается менее плотной, чем окружающие её массы воздуха на высоте
Но остался вопрос: туча сформировалась, она охлаждена, в ней кроме воздуха есть вода - почему же она остается менее плотной?

[realeugene]

solikkh в сообщении #1185205 писал(а):

туча сформировалась, она охлаждена, в ней кроме воздуха есть вода - почему же она остается менее плотной?

Потому что там, где образуются тучи, массовая доля водяного пара меньше 1%. Даже если этот 1% полностью высадить в воду, плотность воздуха при постоянном давлении и температуре увеличится максимум на этот 1%. Но температура не постоянна, так как процесс адиабатический. Из-за выделившегося тепла при конденсации этого 1% по массе пара температура воздуха возрастёт на 25 градусов, что также уменьшит плотность этого воздуха порядка на 10%. Так что, выделяющееся при конденсации водяного пара тепло гораздо сильнее влияет на плотность воздуха, чем уменьшение при конденсации пара при постоянной температуре удельного объёма смеси. Эти оценки сделаны для давления на уровне моря, но они позволяют понять картину качественно. И температура при подъёме влажной воздушной массы, разумеется, всё равно понижается из-за уменьшения давления, только, заметно медленнее.

[Xey]

realeugene в сообщении #1185326 писал(а):

Так что, выделяющееся при конденсации водяного пара тепло гораздо сильнее влияет на плотность воздуха

Может обратить внимание, что в облаке водяной пар холодный, но в нем приличный запас солнечной энергии , затраченной на испарение воды с поверхности земли.

[solikkh]

Википедия пишет: облака́ — взвешенные в атмосфере продукты конденсации водяного пара. В других местах еще можно прочесть, что облака состоят из капель с твердой частицей в центре. Не пар в облаке, одним словом. Но висит тучка небесная и ничего из нее не выпадает. Хотелось бы понять - почему.

[realeugene]

solikkh в сообщении #1185476 писал(а):

Но висит тучка небесная и ничего из нее не выпадает. Хотелось бы понять - почему.

Выпадает, только скорость падения пропорциональна квадрату диаметра капли. Пока капли мелкие, время падения их на Землю велико, кроме того, если скорость падения меньше скорости восходящего потока в облаке, эти капли, падая, поднимаются вверх. Вот если капли в облаке успеют слиться в крупные, которые могут падать со скоростями до $5-10 m/c$, у них появляется шанс выпасть на Землю в виде дождя, не испарившись по пути под основанием облака.

[solikkh]

Таким образом, Вы говорите, что капли падают и поднимаются, а процесс является адиабатическим, т.е. энергия в облако не поступает. Тогда из-за уменьшения внутренней энергии облако должно охладиться, стать плотнее и тяжелее, а затем и упасть. Почему же оно не падает?

[realeugene]

solikkh в сообщении #1185505 писал(а):

Тогда из-за уменьшения внутренней энергии облако должно охладиться, стать плотнее и тяжелее, а затем и упасть.

solikkh в сообщении #1185205 писал(а):

Спасибо, понятно: ...поднявшаяся снизу воздушная масса, хоть при подъёме сама адиабатически расширяется и охлаждается, всё равно оказывается менее плотной, чем окружающие её массы воздуха на высоте

Вы один раз это уже поняли.

[solikkh]

Тогда речь была о том, что облако - это пар.
Теперь речь о том, что облако - это капли и они совершают колебательные движения вверх-вниз.
Но и для первого случая последнее замечание правомерно. Просто я медленно соображаю.
Да и сам факт колебательных движений капель внутри замкнутого сосуда вызывает удивление.
Никто не пробовал моделировать физически? (а то можно было бы, наверное, построить большой дирижопль?!)