理论教育 云朵和灰尘:为什么会飘浮在空中?

云朵和灰尘:为什么会飘浮在空中?

时间:2023-11-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:很多人认为,尘埃和云朵能够飘浮在天空中的原因是因为他们比空气轻,大家都认为这是理所当然的事情,但是殊不知,我们又被自己的经验欺骗了。实际上,尘埃不仅不比空气轻,而且还要比它重上百倍甚至数千倍。做完这个实验你就应该明白了,为什么尘埃能够停留在空气中,并不是因为它比空气要轻,而是因为它正在缓慢地降落着。但是如果在真空中,云朵和尘埃都会和大石头一样迅速降落。

云朵和灰尘:为什么会飘浮在空中?

很多人认为,尘埃和云朵能够飘浮在天空中的原因是因为他们比空气轻,大家都认为这是理所当然的事情,但是殊不知,我们又被自己的经验欺骗了。实际上,尘埃不仅不比空气轻,而且还要比它重上百倍甚至数千倍。

什么是“尘埃”呢?尘埃就是各种各样重物的微粒,比如石块、玻璃渣子、煤、木屑、金属粉末等等。现在你知道什么是尘埃了,难道你还认为这些东西比空气要轻吗?这些东西显而易见的要比空气重,实际上,一般的尘埃要比空气重几百甚至数千倍。

那到底是什么原因造成了我们错误的认识呢?那些重量远远超过同体积空气重量的物体是不可能浮在空气中的。它们是飘在空气中的,也就是说,在空气的阻力下缓慢下降。它们在下降的时候会把一些空气分子挤到旁边,或吸引它们跟随自己一同下降,无论如何,这样的事情都需要消耗能量。下落物体的面积,更确切的说是截面积越大,消耗的能量也越多。但是当一个很重的物体下降时,我们感受不到空气的重力,这是因为地球引力对它的作用远远超过阻力作用的缘故。

那么,如果物体的体积减小,情况又会怎么样呢?我们根据几何学知识,可以知道,重量的减少和直线长度减少的立方成正比,而阻力的减少是和截面积也就是和直线长度减少的平方成正比。这就容易看出,重量的变化更加明显一些。

我们来做个小实验,准备一只直径10厘米的小球和另一只用同样材料制成的直径1毫米的小球,这两只球的直径比是100∶1,所以小球重量就是大球重量的100万分之一;这个小球在空气中下降时所受到的空气阻力是大球的万分之一。所以,小球比大球降落得缓慢。

做完这个实验你就应该明白了,为什么尘埃能够停留在空气中,并不是因为它比空气要轻,而是因为它正在缓慢地降落着。直径0.001毫米的水滴在空气中以每秒0.1毫米匀速下落,甚至是极其轻微的气流都能影响到它的缓慢运动。(www.daowen.com)

这也就是在同样的环境条件下,无人居住的房间中的灰尘要比有人居住的房间中要多,而且晚上落下的灰尘要比白天落下得多。因为空气中产生的旋涡气流阻碍了灰尘的下落,而在无人走动的空间中,这种气流是几乎不存在的。

如果我们把一块边长1厘米的立方体石头磨碎,使之变为很多边长为0.0001毫米的微粒,那么石头的总面积就增加了10000倍,与此同时,它降落时的空气阻力也要增加10000倍。我们常见的尘埃常常就是这么的微小,所以极大增加的空气阻力会改变尘埃下降的原本路径。

我们再来看看云朵。天空中飘浮的白云其实是由无数微小而密集的水滴聚集而成的。这些水滴虽然比空气要重800倍,但是不会迅速降落,它们已几乎难以察觉到的速度缓慢落下。它们如此缓慢下落的原因和尘埃一样——它们的面积与重量相比要大太多了。

不仅如此,轻风不但能阻止云朵极其缓慢地降落,甚至还能使云朵上升。但是如果在真空中,云朵和尘埃都会和大石头一样迅速降落。之所以会发生这一切的原因都是因为空气的存在。

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