Как объяснить детям, почему облака не падают? Почему облака не падают с неба на землю.

Все знают, что облака состоят из мелких капелек воды или кристалликов льда. Водяные капли в облаке имеют различный диаметр - от долей микрометра до нескольких миллиметров. Как бы ни была мала ледяная капля, она все же тяжелее воздуха. Поэтому возникает естественный вопрос: каким образом водяные капли (а вместе с тем и облако в целом) удерживаются в воздухе и не падают на землю? Одновременно возникает и другой вопрос: при каких условиях водяные капли перестают удерживаться в воздухе и падают на землю в виде дождя?

Начнем с наиболее мелких капелек, радиус которых составляет доли микрометра. Таким капелькам не дают падать вниз беспорядочные удары со стороны молекул воздуха, находящихся в хаотичном тепловом движении. Такое движение называют броуновским - по имени английского ботаника Р. Броуна, открывшего его в 1828 г. Удары молекул воздуха вынуждают капельку отскакивать в самых различных направлениях; в итоге она движется по причудливо изломанной траектории.

Чем тяжелее капля, тем труднее молекулам воздуха сдвинуть ее с места, и, следовательно, тем меньше роль броуновского движения. Но при этом возрастает влияние земного притяжения. Когда радиус капли становится больше микрометра, ее движение перестает быть броуновским. Капля начинает падать под действием силы тяжести, постепенно ускоряясь. И тогда начинает играть большую роль новый фактор, препятствующий падению капли вниз, - сопротивление воздушной среды. Одновременно с ускорением капли возникает и начинает расти действующая на каплю сила сопротивления воздуха. Она направлена противоположно силе тяжести и пропорциональна скорости капли.

По мере возрастания силы сопротивления скорость падающей капли нарастает все медленнее. Когда сила сопротивления воздуха выравнивается по модулю с силой тяжести, дальнейшее увеличение скорости капли прекращается, и далее капля падает равномерно. Такую равномерно движущуюся капельку может затормозить и даже подбросить вверх восходящий поток теплого воздуха. А земля, которую нагревает солнце, является постоянным источником таких восходящих воздушных потоков.

Кроме того, в процессе падения капля может просто-напросто испариться. Или раздробиться на более мелкие капельки.

Но капля может и, наоборот, укрупниться: слиться с другими или сконденсировать на своей поверхности дополнительный пар и тогда она все-таки упадет на землю. Так и выпадают осадки. В каком-то смысле можно даже сказать, что осадки (дождь или снег) - это падение облаков на землю, только на самом деле капельки дождя или снежинки слишком велики и тяжелы, чтобы они могли быть составляющими облаков.

Если во время дождя посмотреть на тучу со стороны,
то кажется, что она падает на землю.

Иногда облака достигают просто колоссальных размеров - даже находясь на земле и глядя ввысь с большого расстояния, можно только удивляться их причудливым формам и невероятным объемам. Для того, кто еще не получил знаний об их природе, как и для знающих о том, что облака состоят из очень мелких водяных капель, часто остается непонятным, почему облака не падают. Каким образом они удерживаются на небе?

Что такое облака

Как причиной вопроса о том, почему облака не падают, так и обоснованием ответа на него будет знание о том, что эти самые облака собой представляют.

Каждое облако - это скопление мельчайших частиц воды в жидком состоянии или в форме льда. Размер таких капелек может как быть совсем ничтожным - намного меньшим миллионной доли метра (иначе - микрометра), так и достигать нескольких миллиметров.

Однако любая маленькая капля все равно тяжелее воздуха. Почему в таком случае только часть влаги выпадает в виде осадков? Как удерживается в небе оставшаяся масса?

Почему облака не падают

Краткий ответ на этот вопрос можно дать следующим образом: облака остаются в небе благодаря взаимодействию молекул воздуха с микрочастицами воды. Самым мельчайшим они задают произвольную траекторию при столкновении, а более крупные поддерживают теплые воздушные потоки, направленные навстречу падающим под воздействием силы земного притяжения каплям, сопротивляющиеся их падению и поднимающиеся в область более низких температур от разогретой земли.

Если разбирать подробнее, почему облака не падают, то сначала надо упомянуть о броуновском движении - оно характеризуется хаотичным перемещением мельчайших видимых фрагментов твердой материи, находящихся в газообразной или жидкой среде, происходящим благодаря изменению положения частиц этой среды, вызванного, в свою очередь, тепловым воздействием. Названо в честь ученого, открывшего данный феномен - Роберта Броуна.

Броуновское движение — беспорядочное движение микроскопических видимых взвешенных в жидкости или газе частиц твердого вещества, вызываемое тепловым движением частиц жидкости или газа. Было открыто в 1827 году Робертом Броуном. Броуновское движение никогда не прекращается. Оно связано с тепловым движением, но не следует смешивать эти понятия. Броуновское движение является следствием и свидетельством существования теплового движения.

В броуновском движении задействованы частицы облаков, размер которых меньше одной миллионной доли метра. Молекулы воздуха толкают эти микрокапли и заставляют их перемещаться по непредсказуемой траектории.

Частицы воды, достигшие размера микрометра и более, не подвержены броуновскому движению - они слишком велики и тяжелы для того, чтобы молекулы воздуха могли их успешно толкать. Такие капли начинают падать вниз под воздействием силы земного притяжения. Однако сопротивление воздуха действует в противоположном ей направлении, и его сила пропорциональна скорости движения капли. Благодаря этому капля перестает ускоряться при падении и продолжает двигаться вниз с постоянной скоростью. Частица воды, летящая таким образом, встречает на своем пути теплые воздушные потоки, которые могут замедлить ее движение, остановить или даже отбросить каплю вверх - в обратном направлении.

Вот почему облака не падают на землю. Состоящие из разнокалиберных частиц воды, они удерживаются в небе благодаря особенностям воздушной среды, в которой находятся.

Роль осадков в жизни облаков

А что происходит с очень крупными и весомыми частичками воды и каплями, не зависшими в воздухе и не отброшенными его потоками ввысь? Накопившись в одном облаке в большом количестве, они превращают его в тучу и выпадают на землю в качестве осадков - дождя, снега, града - или испаряются на пути к земной поверхности.

Также в этом путешествии капли могут изменить свой размер - разделиться на более мелкие или вырасти, слившись с другими.

Маленькие детки часто задаются вопросом: почему облака не падают? Разумеется, отвечать на него приходится родителям. А они и сами не всегда понимают причину такого явления, поэтому не могут дать достойный и простой ответ деткам.

Но ведь именно семья осуществляет ранее развитие ребенка, позволяя сформировать первые знания о многих аспектах природы и общества. И как же быть?

Разобраться с проблемой поможет данная статья. Надеемся, что благодаря ей у родителей больше не возникнет сложностей с объяснением, почему облака не падают.

Что такое облака?

Если в любую из известных поисковых систем ввести запрос «что такое облака», появится множество информации. Но практически вся она будет слишком научной, а потому ни всем понятной. Если же задать ребенку тот же самый вопрос, он ответит, что облака — это огромные куски сладкой ваты, которую было бы очень здорово попробовать на вкус.

А что же думают взрослые? Ведь практически каждый из них является родителем. Его задача — дать чаду полноценное представление о том, чем же на самом деле являются «белые барашки», что плывут по небу. И почему облака не падают на землю?

Говоря простыми словами, облака — это миллионы капелек воды, что собрались воедино, образовав «пушистый ком». Если от воздействия солнечных лучей капли испарились — облако «растаяло», то есть исчезло. Если же они, наоборот, стали сливаться, увеличиваться в размере, — облако будет расти и, когда достигнет такой массы, которая не позволит ему «висеть» в воздухе, «упадет» на землю в виде осадков.

Сколько живут облака?

Таким образом, становится понятным, что пытаться ответить на вопрос «почему облака не падают?» довольно бессмысленно. Ведь они все же падают, но только не в буквальном смысле, а в переносном, посредством осадков.

Когда облако набирает столько воды, что теплые воздушные течения уже не в состоянии удержать его, оно словно умирает. Однако потом под воздействием солнца лужи высыхают, и водяные капли вновь поднимаются в небо, образовывая новое облако. Это явление ученые называют круговоротом воды в природе.

Исходя из того, что жизнь облаков также может окончиться в определенный момент, возникает еще один вопрос о том, сколько же «белые корабли» живут? Вот только ответить на него однозначно нельзя, потому как на протяженность жизни облаков влияет влажность воздуха. Чем она больше, тем дольше проживут облака. Поэтому некоторые «белые странники» существуют от силы минут пятнадцать, другие же — намного дольше.

Шутливое объяснение сложного вопроса

Однако вернемся к нашему главному вопросу — почему облака не падают? Ребенок может заинтересоваться этой темой в довольно раннем возрасте, а потому будет бессмысленно объяснять ему научным языком суть вопроса. Ведь не каждый взрослый разберется в сложных терминах и процессах, а что говорить о детях?

Поэтому гораздо лучше рассказать малышу о том, что такое облака, сколько они живут и почему не падают на землю, в виде сказки. Также отличной затеей будет совместный просмотр советского мультфильма. Он вышел на экран в 1980 году.

Быть может, некоторые взрослые уже догадались, о чем идет речь. Если же нет, то мы подскажем. Мультик называется «Капитошка». В нем доступным малышам языком объясняется, что такое дождь и как это явление происходит. Также в нем затрагивается такая сложная тема, как осознание и принятие самого себя. Мультик очень добрый и красочный, поэтому он непременно понравится деткам.

Научный ответ на детский вопрос

Старшим деткам поможет узнать ответ на вопрос, почему не падают облака, физика — точная наука. Ведь примерный объект, величина которого равна по своему весу одному полному облаку, — это слон. И очень трудно представить, как такая громадина может медленно перемещаться по небу и не падать вниз. Кроме того, согласно физике, все, что имеет хоть какой-то вес, подвержено земному притяжению. Но почему тогда облака продолжают парить?

На самом деле «белые кораблики» поддерживают в воздухе теплые потоки воздуха, что исходят от поверхности земли. Именно они и переносят в облака новые капли, тем самым наполняя их все больше. В определенный момент облако превращается в тучу, которая слишком тяжела для воздуха, идущего от земли. В результате вода, накопленная в ней, падет на землю. В зависимости от температуры воздуха в атмосфере, осадки могут различаться. Чем она ниже, тем вероятнее снег.

Таким образом, вот главная причина, почему облака не падают на землю зимой, летом или в другое время года.

2015-03-25
Строго говоря, облака не заполнены водой. Он не губки, которые впитывают воду. Облака состоит из очень мелких жидких капель или кристалликов льда, взвешенных в воздухе. Капли воды и кристаллы льда, можно сравнить с поплавком, так как они настолько малы, что сопротивление воздуха уравновешивается гравитацией. Чтобы быть более точным, капли воды и кристаллы льда, на самом деле не плавают неподвижно в небе. Они постоянно очень медленно падают под действием силы тяжести и иногда поднимаются в восходящем потоке воздуха. Это падение настолько медленно, а облака являются настолько большими и далекими, что трудно для случайного наблюдателя на земле, заметить это движение.

В книге «Физика облаков» Louis J. Battan, приведены следующие цифры: капля радиусом 10 мкм падает со скоростью 1 см / сек, капля радиуса 50 мкм уже падает со скоростью 26 см / сек. В случае, когда происходит увеличение капель в размере в результате столкновения и слияний, капли могут получаться настолько большими, что сопротивление воздуха не играет большой роли (при радиусе > 0,1 мм). Такие капли падают в виде дождя.

Облака в основном состоят из воздуха. Когда мы говорим, ведро наполнено водой, мы имеем в виду, что почти все свободное пространство, в ведре содержит воду. В облаке, все не так. Вода, составляющие облако падает в виде дождя задолго до того, когда оно сольется достаточно, чтобы заполнить весь объем облака. Удивительно, но только одна миллиардная часть объема облака состоит из воды. Все остальное - воздуха.

Как же облака могут быть так визуально яркими, если они состоят почти их воздуха? Главная причина в отражении света от поверхности объектов. Чем больше площадь поверхности, тем больше света отражается. Облака же кажутся белыми по тому же, почему снег выглядит белым. Так что, хотя облако не содержит много воды, с точки зрения общего объема, но триллионы маленьких капелек, в сумме обеспечивают многократное отражение и преломление.

Приведем пример в цифрах, предположим, что облако состоит из капель воды, которые все имеют радиус $R$ и равномерно распределены. Предположим, общий объем облака постоянен и равен $V$, а общий объем воды в этом облаке - $V_{w}$. Объем единичной сферической капли воды $\frac{4}{3} \pi r^{3}$, количество капель $N$, то есть полный объем воды в облаке: $V_{w} = N \frac{4}{3} \pi r^{3}$. Кроме того, площадь поверхности одной сферы $4 \pi r^{2}$, так что общая площадь поверхности капель по всей облака $S_{\text{общ}} = N 4 \pi r^{2}$. Решаем полученную систему получаем: $ S_{\text{общ}} = \frac{3V_{w}}{R}$. Так как общий объем воды фиксирован, это уравнение говорит нам, что если радиус каждой капли уменьшается, общая площадь капель поверхности будет увеличиваться. Для облака капель с очень маленьким размером, общая площадь поверхности облака будет очень высокой. Так как количество света, отраженного от объекта сильно зависит от площади поверхности, отражательная способность такого облака будет очень высокой, несмотря на то, что это по сути воздух.

Следует отметить, что, хотя отдельные капли уменьшаются в размерах, их индивидуальная площадь поверхности, конечно, становится меньше. Но при фиксированном общем объеме воды в облаке, общее количество капель меньшего размера будет больше, что означает большую общую площадь поверхности.

Хороший вопрос. Поскольку, как известно из школьных учебников, облака состоят из мелких капелек воды и крохотных кристалликов льда, которые, так или иначе, тяжелее воздуха.

Как они удерживаются на высоте? Где пресловутое земное притяжение? И почему это удержание заканчивается довольно часто выпадением капелек в виде дождя?

Теория непрерывного движения, прозванного Броуновским, основанная на том, что капелькам с радиусом в доли микрометра не дают упасть стукающиеся о них молекулы воздуха, придающие этим капелькам беспорядочное движение, объясняет лишь часть проблемы, но далеко не всю.

Почему эта капля вдруг становится больше по размерам и весу, и молекулам воздуха уже не под силу столкнуть ее с места? Понятно, что когда движение капельки прекращается, и она останавливается, она начинает падать. Вот когда включается земное притяжение, - когда капелька останавливается. Но тогда же и включается сопротивление воздуха... Это, как номер в цирке, когда велосипедист или мотоциклист ездят по вертикальным поверхностям. Стоит им остановиться – и они упадут. Но когда едут – не падают. Их удерживает, практически, на весу, движение...

Говорят, облака, состоящие из капелек и кристалликов льда, «держат» на весу и не дают упасть восходящие воздушные потоки от земли, нагретой солнцем. Оттого, мол, и птицы могут парить над землей, не махая крыльями.

А что держит облака в небе, когда ночь? Да еще безлунная? И если, скажем, орлу надо будет срочно вылететь куда-то по своим делам, ему, что, постоянно придется махать ночью крыльями, как бешеному или совсем еще не оперившемуся летуну?

Есть мнение, что облака все же падают. В виде дождя или снега. Однако и снежинки и, тем паче, капли дождя слишком тяжелы для того, чтобы быть составляющими облаков. То есть, из одного тела или предмета выпадают совершенно иные тела. Такое бывает в сказках. Или при выполнении номера иллюзионистом...

А может облако, это и не предмет вовсе, а некий процесс, беспрерывно происходящий. А мы видим то, что видим, то есть, что нам позволено видеть. Ибо если мы увидим суть процесса, мы либо ни черта не поймем, либо соприкоснемся с неведомым и увидим лик Божий, что для человеков абсолютно непозволительно.

А может, облака не падают на землю, потому, что просто умеют летать?

Может, так было задумано изначально? Ведь если бы они могли падать на землю, многим из нас пришел бы кирдык, попади мы под такое количество льда и воды. А сие не предусматривалось в планах Создателя. Ибо душе человеческой надлежит переносить испытания, а не так вот, разом, освободиться от всех бед и забот, будучи погребенной вместе с телом под тоннами воды и льда.

А может, это нарисованная или спроецированная для нас живая картинка на небесной сфере, типа 3D? Как, к примеру, радуга или звезды. Радуга искрится и переливается красками, звезды светятся и мерцают. А облака плывут, принимают разные формы, и бывают похожи на животных, птиц и даже людей. И все это для того, чтоб нам было не так тоскливо на Земле. Ведь нарисованное – не падает...