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雲為什麼不會掉下來

104/10/27 15766

IC之音廣播電台｜

在春節連假，很多人會到山上旅遊，也有機會欣賞到壯觀的雲海。不過您是否想過一個問題，雲為什麼不會掉下來？雲的成分，是微小的水滴或冰晶，它們都比空氣重，為什麼可以在天上飄浮呢？請聽以下的科學三分鐘，為您揭開謎底：雲為什麼不會掉下來？

雲是什麼？簡單來說，雲的成分就是水。當大氣層中上升的空氣，因為「絕熱膨脹」的現象導致冷卻，而達到飽和–飽和的意思是空氣中水氣的含量已經達到上限–這時候，水氣會凝結成微小的水滴或冰晶，聚集而成的就是雲。就像我們在冬天洗熱水澡，水蒸氣飄上來遇到冷空氣，或因為膨脹冷卻而達到飽和，會產生白色的霧氣一樣。

雲為什麼不會掉下來，主要的因素是空氣浮力、阻力與上升氣流的支撐力。空氣是一種流體，當物體在空氣中移動，就會受到阻力。當移動速度增加，阻力也會越大。用最簡單的說法，形成雲的微小水滴或冰晶，稱為雲滴。如果沒有浮力或上升氣流的支撐力，雲滴確實會受到重力影響往下掉，但是當掉落的速度達到某個數值的時候，空氣阻力會大到剛好將重力完全抵消。這個速度，就叫做「終端速度」，又叫做「沉降速度」。雲滴的沉降速度非常慢，只要有足夠上升氣流或浮力，就可能讓雲滴飄浮在空中不會掉下來。

一般來說，從高處掉落的物體，它的重量愈輕，受到空氣阻力的影響也會愈明顯，導致掉落的速度愈慢。這也可以解釋，為什麼人從高處掉下來會受重傷，從同樣高度掉下來的螞蟻，卻往往不會受到任何傷害。

對於像雲裡的水滴這麼小、這麼輕的物體，空氣阻力的影響就更大了。您可以想像一下，人的頭髮有多粗？大約3萬到5萬奈米。雲裡水滴的直徑，卻可能只有大約20奈米。對於這麼小的東西，科學家通常會用一個斯托克斯定律，來估算它在空氣中掉落的速度。經過計算，它每秒大約會落下12奈米的距離，照這個速度，它掉落1公尺要花上2.6年的時間。就算水滴凝聚變大1千倍，到達直徑20微米，要從1千公尺高空落到地面，也要花上六個小時。

所以，雲不是不會往下掉，只是掉落的速度太慢了，慢到我們幾乎感覺不出來。而且因為它非常輕，遇到上升氣流，甚至還會被愈吹愈高呢。除非有冷空氣的作用，讓雲裡的水滴或冰晶凝聚得更大，讓它變成雨或是雪，才會快速地掉落下來。

就是因為這個道理，我們才能在山上看到雲海的壯麗美景。

今天的科學關鍵字，就是

終端速度　Terminal velocity

關心這個話題的聽眾朋友，也可以透過這個關鍵字，進一步查詢或做延伸閱讀。

【本單元由行政院國家科學委員會補助製播】
2013-02-10 16:55:00

空氣(3) 浮力(16)

雲為什麼不會掉下來

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