Сколько весит облако

Как взвесить то, до чего нельзя дотянуться

Положить облако на весы невозможно, поэтому метеорологи и физики вычисляют его массу с помощью базовой математики. Для этого достаточно знать всего две величины. Первая величина — это геометрический объем облака, а вторая — плотность воды внутри него.

Обычное летнее кучевое облако с земли кажется пушистым комком ваты с четкими границами. Ученые из Национального центра атмосферных исследований США измерили плотность таких облаков. Оказалось, что в одном кубическом метре типичного кучевого облака содержится примерно 0,5 грамма жидкой воды. Если представить кубический аквариум размером метр на метр, то воды в нем наберется всего на треть чайной ложки, а остальное пространство займет обычный воздух.

Пошаговый расчет массы кучевого облака

Для школьного проекта проще всего представить кучевое облако в виде правильной геометрической фигуры. В реальности облака имеют неровные края, но для надежной математической оценки формы шара или куба вполне достаточно.

1. Определяем диаметр облака. Типичное кучевое облако хорошей погоды имеет поперечник около 1 километра, то есть радиус равен 500 метрам.
2. Считаем объем по формуле объема шара. Объем равен четырем третям, умноженным на число пи и на радиус в третьей степени. Для радиуса 500 метров получается объем около 523 000 000 кубических метров.
3. Перемножаем объем на плотность капель. Умножаем 523 миллиона кубических метров на 0,5 грамма воды в каждом кубе и получаем 261 500 000 граммов.
4. Переводим граммы в привычные единицы измерения. Делим число на тысячу и получаем 261,5 тонны чистой воды для шара диаметром в один километр.

Если же метеорологи берут за основу модель куба размером один километр в ширину, длину и высоту, расчет дает еще более внушительную цифру. Объем километрового куба составляет ровно один миллиард кубических метров. При плотности 0,5 грамма на кубометр общая масса взвешенной воды достигает 500 000 000 граммов, что равняется ровно 500 тоннам.

Почему сотни тонн воды не падают нам на голову

Пятьсот тонн кажутся огромным грузом, но облако остается в воздухе благодаря законам физики. Вода в облаке распределена на триллионы крошечных капелек диаметром от 5 до 10 микрометров. Для сравнения, толщина человеческого волоса составляет около 70 микрометров, то есть капли облака тоньше волоса почти в десять раз.

Из-за микроскопического размера эти капли обладают огромной относительной площадью поверхности по сравнению со своей массой. Сопротивление окружающего воздуха тормозит их падение до скорости всего в пару сантиметров в секунду. Одновременно снизу вверх постоянно поднимаются потоки теплого воздуха, нагретого землей. Скорости этого восходящего потока с избытком хватает, чтобы удерживать микрокапли на высоте или даже поднимать их еще выше.

Сколько весят перистые и грозовые облака

Масса облака напрямую зависит от его типа, высоты образования и сезона.

• Перистые облака располагаются на высоте от 6 до 10 километров и состоят из кристалликов льда. Они полупрозрачные и разреженные, а плотность воды в них составляет сотые доли грамма на кубический метр, поэтому масса километрового слоя едва доходит до нескольких сотен килограммов.
• Слоисто-дождевые облака затягивают все небо серым полотном и тянутся на сотни километров. Масса воды в такой системе исчисляется десятками тысяч тонн.
• Кучево-дождевые грозовые облака вырастают в высоту до 12-15 километров. Плотность воды в них доходит до 3 граммов на кубический метр из-за огромного скопления крупных капель и града, а суммарный вес одной мощной тучи часто превышает 1 000 000 тонн.