在空氣中它們應該都會很快的落下
可是,為什麼雲會ㄧ直飄在空中而不落下?
所以雲真的是水滴或冰晶嗎?
要回答這個問題,首先我們必須了解
物體在空中落下時
除了受到重力作用之外
不可以忽略的是物體所受到的空氣阻力
平常一般的物體質量都很大
所以空氣阻力相對的就小很多
因此我們習慣了只要放開手,物體就會很快下落的事實
然而,組成雲的小水滴質量是很小的
物體在空氣中落下時
所受的空氣阻力與物體的表面積有關
也與物體下落時的速度成正比
因此當物體下落,因為加速度愈來愈快的同時
空氣阻力也在增加當中
一直到空氣阻力與重力相等時
物體就會等速度落下了
這時候的速度就稱之為終端速度
而終端速度也不是ㄧ成不變的
它跟物體的形狀、密度、重量都有關係
以一個最簡單的情況來比較
相同材質的正立方體
它的重量跟邊長的三次方成正比
而受到空氣阻力的面積跟邊長的平成正比
當空氣阻力與重量相等時 mg=kAV
(mg是物體重量,k為常數,A為受空氣阻力面積,V為終端速度)
終端速度 V=mg/KA ,與重量和面積的比值有關
因此當物體的邊長愈大時,終端速度就愈大
物體邊長愈小,終端速度就愈小
可以想像,非常小的水滴在空中落下時
其終端速度有多小,
如果終端速度每秒0.1公分的話
從天花板掉到地面約需要一個小時,夠慢了吧
如果在掉落的過程中,來了一陣風
甚至是小小的空氣擾動,
都會讓要掉落的小水滴再次飛揚起來
因此在高空中的雲,雖然組成物質是小水滴
但是卻不會像生活中所感覺的物體快速掉落
而是能在空中漂浮許久
直到遇到凝結核,凝結成大水滴時
就掉落地面成為雨了