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天气中的物理,太有意思了!

前段时间,电影《流浪地球》火遍了全国,“流浪”一词也因此火了起来,

正好遇到前段时间全国大面积的阴雨天气,大家都在调侃“太阳”也去流浪了,

我们的大自然处处充满了神奇,今天就来跟大家一起讨论下天气中的那些物理。

大自然的天气变化无常,对我们的生活、学习、工作和生产都产生了直接的影响,然而,它们产生的原因和物理过程是怎样的呢?今天就从熟悉的云和雨讲起。

先说云吧!我们知道,包围我们地球表面的大气,是由于净空气、水汽和固体杂质(如灰尘)组成的。

水汽是一种看不见的气体,它在大气中占的比例虽然很小,但却是造成天气变化的一个必要“角色”。

含有水汽的潮湿空气,在上升过程中,由于外界气压减小,体积就要膨胀。

气体膨胀时,它的温度降低。由于温度降低,空气中容纳水汽的本领变小了,于是出现了水汽“过剩”现象。

过剩的水汽便以尘埃等小颗粒为核心,凝结成小水滴,当高空的温度低于某一温度时,过剩的水汽便凝华成小冰晶。

这些许许多多漂浮在高空的小水滴和小冰晶集聚在一起,便形成了云。

云中的小水滴和小冰晶体积都非常小,直径平均只有几微米,它们只能飘浮在高空,还不能下降形成雨和雪。

只有当它们增大到所受的重力足以克服空气的浮力和暖空气上升的举力,又不会被蒸发掉时,才能降落到地面上,形成雨或雪。

那么,小云滴又是怎样增大的呢?

一种方式是水汽以小云滴为核心继续凝结和凝华,这种作用在云滴增大的初期起主要作用;

另一种方式是云滴相互合并,这种方式在云滴增大的后期起主要作用。

由于云滴的大小不同,它们下降的速度也不同。

因此,在下落过程中,大云滴和小云滴经常发生碰撞合并现象。

大云滴吞并了小云滴,壮大了自己。

吞并的结果,会很快增大到空气再也承托不住它的状态。

这时,它便会从高空掉下来,这就是我们经常可以看到的雨。

听说下雨天和打雷更配哦,还记得我们初中物理讲述到“声现象”这一章时,曾经说过一种非常有意思的常见物理现象吗?

即发生雷暴时,我们为什么总是先看到闪电再听到雷声?

这个问题,大部分小伙伴都知道其物理原因吧。

光传播的速度大于声速呗!

的确,光在真空中的速度是三十万公里每秒!

而声速在常温空气中只有340米每秒!

光速几乎是声速的八十八万倍!以我们地球的大气层厚度为例,我们地球的大气层厚度是大约一千公里,按照光速大小,一秒内光就可以传播三百个大气层厚度。

那么我们设想一下,假如在地球对流层的顶端发生雷暴的话,闪电需要多久才能进入眼中呢?

雷声又需要经过多久才进入耳朵呢?

从看到闪电到听到雷声,中间又需要经历多久?

这就涉及到初中物理速度公式v=s/t的变形公式,t=s/v,我们知道地球对流层的厚度大约为12公里,在公式t=s/v中代入对流层的厚度和光速、声速后,可以解得:

光经历的时间为0.00004秒!雷声经历的时间约为35.3秒!

由此可见,光传播所经历的时间是远远小于雷声经历的时间的,因此从闪电发生到我们看到闪电这段时间,是可以忽略不计的!

那么,在现实生活中,如果在对流层顶端发生了雷暴现象,地球上的人能不能听到雷声呢?

这个问题是需要打个疑问的。根据我们学习的中学物理知识,由于“声音的响度”是与“振幅”以及“距离”有关的,所以,对于距离这么远的雷声,经历长距离的能量衰减后,一般到达耳朵中时,就已经非常微弱甚至完全听不到了。

生活中,我们最常遇到的闪电和雷声多数间隔在十秒以内。即雷暴发生在一千米到三千米左右的距离居多!

小伙伴们可以在雷电发生时,注意一下这种物理现象,可以在闪电发生后,默默按照一秒数一个数的方式数数,然后代入速度公式,求一下当时发生的雷电距离自己到底有多高。

闪电总是喜欢高地,而且喜欢尖端物体。这也是避雷针为什么顶端是针状的原因,谁如果在雷雨天气在空旷的高地上打着伞、或者在树下多雨水,那么他就成了一个活的“避雷针”!

一旦被闪电击中,后果是难以预料的。纵然有被雷电击中数次后也侥幸存活的奇人,那毕竟也只是少数而已。

大部分人的身体电阻都不足以抵御这种强大的电流袭击!所以,雨天一定要注意避雷呀。

小伙伴们,想一想你们还知道哪些天气现象中的物理知识呀。

参考书目:《玄妙有趣的物理现象》,河北科学技术出版社

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