Почему тяжёлые облака могут плыть, как сладкая вата

Облако может содержать массу, сопоставимую с горным озером, и при этом свободно висеть над городом. Секрет в том, что его вода не собрана в один сплошной блок, а распределена в огромном роении микроскопических капель и кристалликов льда. Каждая частица настолько мала, что сила тяжести и аэродинамическое сопротивление вступают в тонкое равновесие. Это задача из области гидродинамики, а не опровержение здравого смысла.

Типичные облачные капли имеют всего несколько микрометров в диаметре. В таком масштабе доминирует сопротивление по закону Стокса: сила, с которой воздух тормозит частицу, становится большой по сравнению с её крошечным весом, и предельная (установившаяся) скорость падения остаётся чрезвычайно малой. Вместо стремительного падения капли медленно оседают вниз со скоростью миллиметры в секунду, и это лёгкое движение легко компенсируется слабыми восходящими потоками воздуха, которые возникают из‑за атмосферной конвекции и выделения скрытого тепла при конденсации водяного пара.

Таким образом, облако ведёт себя не как единый объект, а как динамическая взвесь, постоянно обновляющаяся. Восходящие объёмы воздуха поднимаются, потому что тёплый, влажный воздух имеет меньшую плотность, а турбулентные вихри постоянно перемешивают и снова поддерживают капли. Лишь когда капли вырастают за счёт столкновений и слияния, а также ледяных процессов, нарушая баланс между весом и сопротивлением, система даёт сбой, и начинается дождь. До этого критического момента небо над нами незаметно «решает это уравнение».

loading...