什么是尘埃,云和尘埃为什么会浮在空中

时间:2023-11-17 18:59:01

看到这个问题,很多人的第一反应是:“这是因为,它们比空气轻。”他们认为这是毋庸置疑的。虽然这个答案看起来非常合理,却是错误的。实际上,尘埃并不比空气轻,相反,它比空气重多了,可能是空气的百倍,甚至是空气的千倍。

什么是尘埃,云和尘埃为什么会浮在空中

那么,到底什么是“尘埃”?其实,它就是各种物体的碎屑,比如,石头或者玻璃的碎屑,还有煤炭、木头,或者一些金属、颗粒纤维等。我们可以很容易地判断出,它们比空气要重得多,这可以通过它们的比重体现出来。在比重表中,它们基本上都比水还重,至少也有水的比重的什么是尘埃,云和尘埃为什么会浮在空中

以上。而水跟空气相比,前者大概是后者的800多倍。所以,我们说尘埃比空气重百倍,甚至千倍,一点儿也不夸张。

为什么尘埃可以漂浮在空气中呢?首先,我们纠正一下这个说法。一般意义上,我们都认为尘埃是浮在空中的,但是,这个说法是不准确的。从物理学上说,浮在空中的物体,它们的质量不会超过同体积的空气的质量。而尘埃的质量比空气大多了,所以我们不应该称它们为“漂浮在空中”,而应该说它们“飞翔在空中”。也就是说,在空气的阻力下,它们一直在缓缓下降。尘埃在下降的时候,空气分子必须给其腾出一条通道来,所以,在排除一些空气分子的同时,吸引着旁边的空气分子一起下降。这些都需要尘埃做功来实现,也就是要消耗一些能量。一般来说,下降的物体的截面积跟质量的比越大,其做的功越多。当一个非常重的巨大的物体下降时,我们根本感觉不到空气阻力的存在,这是因为这个物体的质量远远超过了空气阻力。

那么,如果物体的体积很小,会发生什么现象?我们可以利用几何学知识来进行解释。可以想象,物体的体积越小,它的质量跟截面积的比会更小,这是因为,体积跟物体直线尺寸的立方成正比,而截面积跟它直线尺寸的平方成正比,而空气阻力是跟面积成正比的。

下面,我们举一个例子,看一下上面的数据有什么意义。比如说,有两个相同材料的球,一个的直径是10厘米,另一个的直径只有1毫米。那么这两个球的直线尺寸之比就是100∶1,它们的质量之比就是1003∶1,也就是说,小球的质量是大球的一百万分之一。如果让它们从空中下降,受到的阻力之比就是1002∶1。所以,很显然,小球比大球落得慢,或者说,尘埃之所以在空气中逗留,是因为它很小,并不是因为它比空气轻。如果有一滴直径为0.001毫米的水滴从空中下落,速度是0.1毫米/秒,那么只要稍微有一点儿空气的流动,就可能阻止它的下落。

这就是为什么在人走动多的房间比无人居住的房间灰尘落得少,白天比晚上落得少。尽管我们的想法往往恰恰相反。尘埃的降落会被空气中产生的旋涡气流所阻碍,而这种气流,在无人走动的安静空气中,是几乎不存在的。

假设有一块立方体石头,边长是1厘米。把它敲碎成边长为0.0001毫米的立方体尘埃,那么,这些石头总的截面积就会增大到原来的10000倍。所以,当它们下降的时候,空气阻力也会增大这么多的倍数。一般来说,尘埃都是这么大,所以增大的空气阻力把这一景象改变了。

下面,我们来讲一下云。云之所以能“浮”在空中,也是同样的原因。在以前的时候,有一个说法,说云是由很多饱和的水蒸气泡组成的。其实,这并不准确。实际上,云是由很多很多非常小而且又很密集的水滴组成的。这些水滴比空气重约800倍,但是它们不会轻易落下来,只是以我们无法察觉的速度慢慢地下落。这跟尘埃的下落是一样的,都是因为截面积比质量大了很多。

所以,只要有一阵非常轻微的气流,就有可能阻止云的缓慢下落,让它停在某一个水平面上,甚至可能使它向上运动。

云和尘埃之所以会漂浮在空中,就是因为有空气存在,如果把它们放在真空中,它们会像大石头一样急速下落。

再说明一点,降落伞下降的时候,也是慢慢下落的,道理是一样的。这时候,降落伞的下降速度大概是5米/秒。

150亿这个数据为作者年代统计数据。根据美国人口调查局估计,截至2013年1月4日,全世界约有70.75亿人。

2戈比是俄罗斯等国的辅助货币,相当于中国货币中的分。1卢布=100戈比

3 《格列佛游记》是英国作家、讽刺文学大师乔纳森·斯威夫特的代表作。