I. Можно ли построить вечный двигатель? Рассмотрим старый добрый классический вечный двигатель. Это изобретение чокнутой науки представляет собой устройство, которое не растрачивает энергию, не изнашивается и работает вечно.Лучшие из них делают следующий шаг и

БЕГ ВРЕМЕНИ МОЖНО ЗАМЕДЛИТЬ! Здесь мы начинаем рассказ о великих достижениях науки, относящихся к нашему, XX веку. Пожалуй, удивительнейшее открытие было сделано в самом начале его А. Эйнштейном, создавшим так называемую теорию относительности. Он показал, что никакого

12. Сколько звезд я могу увидеть? Это зависит от обстоятельств. Кристально-чистой безлунной ночью далеко от городских огней можно наблюдать несколько тысяч звезд невооруженным глазом.В большом городе можно увидеть только самые яркие звезды. Те, что слабее, оказываются

2.5. Рассуждение о законах и о том, можно ли их нарушать История ppm показывает, что изобретателям вечной двигателя приходилось и приходится встречаться с самыми разнообразными трудностями. Тут и недостаток средств и материалов, и недоверие окружающих, и сложности

56 Можно ли спичкой закрыть звезду? Для опыта нам потребуется: спичка. Раз уж мы заговорили про звезды, вспомним довольно старый, но очень занятный опыт. В темную ночь, когда небо ясное и хорошо видны звезды, выйдите на балкон или улицу и посмотрите на одну из самых ярких

II. Что можно получать в ядерном реакторе? Ядерный реактор позволяет:- производить плутоний;- вырабатывать тепловую энергию;- получать радиоактивные изотопы.Реакторы, называемые первичными, служат для получения плутония, поэтому тепло является в них лишь побочным

Что можно прочитать дополнительно John Barrow, Frank Tipler, The Anthropic Cosmological Principle (Clarendon Press, 1986).Susan Blackmore, The Meme Machine (Oxford University Press, 1999).Nick Bostrom, ‘Are You Living in a Computer Simulation?’, Philosophical Quarterly 53 (2003).David Deutsch, ‘Apart from Universes’, in S. Saunders, J. Barrett, A. Kent and D. Wallace, eds., Many Worlds?: Everett, Quantum Theory, and Reality (Oxford University Press,

Глава 10. Увидеть гравитацию Как было однажды объявлено, первым человеком, наблюдавшим гравитационные волны, является Джозеф Вебер. Он экспериментировал в этой области практически в одиночку. В конце 1960-х и начале 1970-х полученные им результаты прославлялись в качестве

Очутившись посреди белого сплошного облака, настолько плотного, что на расстоянии вытянутой руки практически ничего невозможно различить, нередко задаёшь себе вопрос: почему образовался такой густой туман, почему он белого цвета и начинаешь раздумывать о том, как долго это явление обычно длится, а также почему любой туман рассеивается.

Туманы формируются во время скопления в воздухе в нижних слоях атмосферы капель или ледяных кристалликов, из-за чего вдоль земной поверхности образуется напоминающая облака пелена, ограничивающая видимость настолько, что далее одного километра пространство не просматривается, а в некоторых случаях предметы становятся трудноразличимыми уже на расстоянии нескольких метров.

Если температура окружающей среды превышает -10°С, пелена пара состоит лишь из капель. Если температурные показатели колеблются от -10 до -15°С – из капелек воды и ледяных кристалликов, а когда на улице -15°С – туман состоит из мелких ледяных кристаллов, переливающихся при свете ночных фонарей.

Почему образуется этот феномен, ответить несложно: своим появлением он обязан или испарению воды с тёплой поверхности в холодный воздух, или охлаждению насыщенных влагой тёплых воздушных потоков. Например, за возникновением наземных облаков можно нередко наблюдать вечером или с утра после понижения температуры грунта и растительности (травы), нижние слоя атмосферы настолько сильно охлаждаются, что начинают выделять лишнюю влагу в виде водяных капель.

Ещё одним примером, на этот раз – зимним, является туман над рекой, озером или другим водоёмом, на льду которого образовалась прорубь: в морозы над ней всегда стоит пелена, стелющаяся над водной поверхностью. Происходит это потому, что температура воды во время морозов теплее окружающего её льда и воздуха, соприкасающегося с ним (из-за этого воздух над водой всегда теплее остального и туман над рекой в районе проруби стоит почти всегда).

После того как тёплый воздух смешивается с холодными воздушными потоками, он начинает охлаждаться, выделяя пар и образовывая у самой поверхности Земли облако. Поэтому туман над рекой и другими водоёмами обычно устойчивый и длительный: здесь постоянно смешиваются холодные и тёплые воздушные потоки и течения.

Ярким примером этого явления считается расположенный в Атлантическом океане канадский остров Ньюфаундленд. Из-за того, что здесь сталкиваются друг с другом два течения – тёплое Гольфстрима и холодное Лабрадорское, местные жители вынуждены проводить среди марева около ста двадцати туманных дней в году.

Формирование наземных облаков

Когда насыщенный водяными парами воздух охлаждается или смешивается с более холодными воздушными потоками, в атмосфере начинают выделяться капли. После этого при наличии над земной поверхностью мельчайших частичек пыли, они начинают к ним прилипать, наслаиваясь друг на друга и формируя капли более крупных размеров (чем больше в воздухе пыли, тем быстрее образуется облако, поэтому крупные города практически всегда окутаны слабой почти незаметной пеленой).

В тёплое время года размер такой капли колеблется от 5 до 15 мкм, во время морозов – от 2 до 5 мкм, поэтому зимний холодный туман не такой густой, как летний. Как только капли достигают необходимых объёмов, предметы оказываются расплывчатыми и трудноразличимыми: воздух при сильном тумане приобретает беловатый оттенок и синеватый – при слабом.

Ответ на вопрос, почему это явление бывает разных окрасов, прост: более мелкие капли лучше рассеивают короткие синие лучи, тогда как в густых наземных облаках капли более крупных размеров и световые волны рассеивают все лучи одинаково вне зависимости от их длины.

Водность таких облаков обычно не превышает 0,5 г/м3, но иногда густой туман может содержать до 1,5 г/м3 (этой воды достаточно, чтобы растения получили необходимую влагу, особенно это важно для растительности засушливых районов планеты). Насколько непроницаемой окажется пелена, во многом зависит от влажности воздуха, которая во время возникновения наземных облаков обычно составляет от 85 до 100%:

• если видимость не превышает 50 метров, наблюдается густой туман, а количество капель – 1200 на один кубический сантиметр;
• если пространство просматривается на расстоянии от 50 до 500 метров – умеренный (водяных капель в этом случае от 100 до 600);
• если видимость составляет километр – слабый (капель – от 50 до 100).

Нередки туманы и во время морозов, при этом явление можно увидеть даже тогда, когда влажность не превышает пятидесяти процентов. Обычно их можно наблюдать в городах, особенно на железнодорожных и автобусных вокзалах, где пелена образуется за счёт пара, который появляется во время сгорания топлива и выбрасывается в воздух через дымоходы и выхлопные трубы.

Виды

Своим происхождением наземные облака далеко не всегда обязаны лишь природе: большое число туманов возникает в городах, а потому состоят они не только из капель и пыли, но также дыма, копоти, которые выбрасываются фабричными или печными трубами, или возникают после или во время пожаров, когда горит лес, торф или степь. По происхождению метеорологи делят туманы на сухие (в их образовании как раз и виноваты дым, копоть и т. п.) и влажные (задействованы лишь вода и пыль), при этом нередко вторая форма перетекает в первую.

В свою очередь, влажные туманы, на образование которых непосредственно повлияла природа – это вечерний, ночной или утренний туман (именно этот период является оптимальным для возникновения стелющихся по земле облаков), метеорологи также делят на группы:

1. Поземный. Вечерний или утренний туман, который низко стелется над земной поверхностью или водоёмом (например, туман над рекой). Пелена может быть сплошная, а может идти отдельными клочьями, а видимость не будет превышать километра.
2. Просвечивающийся. Несмотря на то, что вдоль поверхности видимость невысока и в некоторых случаях не превышает нескольких метров, на небосводе вполне можно различить облака. К этому виду относят ночной, вечерний, и утренний туман.
3. Сплошной. Видимость густого тумана очень ограничена и часто не превышает пятидесяти метров. Небо почти не просматривается, поэтому облака различить почти невозможно. В основном это вечерний, ночной и утренний туман, а во время холодов при повышении температурных показателей холодный туман можно увидеть и днём.

Почему исчезают туманы

Продолжительность этого явления различная и может составлять от получаса до нескольких суток (особенно во время холодов или при столкновении тёплых и холодных воздушных и водных потоков, например, туман над рекой). Основной причиной того, почему любой туман рассеивается, является прогревание воздуха. Поскольку пелена образуется возле поверхности, после того, как солнечные лучи её прогревают, нагревается и воздух, вследствие чего капли испаряются и превращаются в пар.

Чем выше над земной поверхностью, тем туман рассеивается слабее, так как в верхних слоях атмосферы температура воздуха снова начинает понижаться, пар преобразовывается в водяные капли и формирует облака.

Анюта потерла глаза и сладко потянулась – будильник прозвенел, значит, уже нужно было вставать. Она осмотрелась, очень удивившись – было темно. Девочка подошла к окну и выглянула. Казалось, что улицу залили разбавленным в воде молоком.

– Мама! – радостно закричала девочка. – Там туман!

Мама грустно вздохнула в спальне, а папа отчего-то с досадой застонал…

Наверняка, каждый из нас нет-нет, да задумывался – откуда же появляется эта белесая дымка, которая окутывает город, принося детям столько радости, а взрослым добавляя хлопот.

На самом деле, туман, как и облака, это не что иное, как водяные пары, которые, в свою очередь, состоят из мельчайших капелек воды. Так что если среди читателей есть романтики, что всегда мечтали прикоснуться к облаку – им стоит лишь дождаться тумана, или поехать в Ньюфаундленд, что находится в Канаде. Этот город считается самым «туманным» местом на планете.

На самом деле клубы пара, который мы выдыхаем при морозе это тоже туман, как и закипающий чайник – принцип появления у всех этих дымок одинаков, с одной лишь разницей – туман держится чуть дольше. Хотя, со временем, конечно, он тоже конденсируется в капельки воды и оседает на землю.

Но, чтобы раньше времени не вдаваться в подробности, давайте узнаем – один ли вид тумана существует? Оказывается, что нет.

Метеорологи выделяют два вида тумана.

Первый, наиболее знакомый нам, это туман охлаждения, когда холодный воздух смешивается с теплым водяным паром. Это происходит или в холодные ночи около влажной почвы, но такие туманы к утру расходятся, или над поверхностью воды. Именно из-за этого в Санкт-Петербурге и Лондоне так часты туманы – большое количество воды и ночной охлажденный воздух создают плотную белесую занавесь. Причем, нужно отметить, что в городах туман обычно плотнее, чем рядом с деревнями или в отдаленных от человека участках. Это происходит не из-за того, что воды около большого скопления людей много, а скорее, потому что в состав тумана – крошечные капельки воды – подмешивается городской смог и выхлопы, которые окрашивают воду в непрозрачный, грязный цвет и делают туман плотнее. Со стороны таких тонкостей, конечно, не видно, но чем грязнее город и чем больше рядом с ним воды – тем плотнее нём будут туманы.

Чаще всего туманы можно встретить осенью, когда вода и почва прогреты теплым солнцем, а воздух уже начинает холодать.

Второй вид туманов, туман испарения, более необычен. Если в первом случае видимый водяной пар появляется от соприкосновения теплой поверхности с холодной, то здесь всё наоборот. Так называют туман, который должен был конденсироваться в росу, но по тепловым показателям – охлаждение воздуха ниже необходимой точки – не стал этого делать.

Так же, вне видов, существует так называемый «сухой» туман – туман, состоящий из частичек пыли, копоти, золы и прочего подобного. По сути своей это и не туман вовсе, так как не содержит влаги, но носит такое название из-за схожих свойств по уменьшению ясности зрения населению.

Реки, болота, озера, ледники, моря, океаны – все это вода (рис. 50). Все живое и неживое: любые почвы и горные породы на нашей планете, все предметы, тела, организмы – содержат ее. Например, в человеческом теле на долю воды приходится 60–80 % массы. Для многих живых организмов вода служит средой обитания. Жизнь на Земле зародилась в воде и без воды невозможна. Моря и океаны накапливают тепло, поглощая энергию солнечного света.

Рис. 50. Вода – самое необыкновенное вещество на Земле

С некоторыми свойствами воды вы уже знакомы: она прозрачна, бесцветна, без запаха и вкуса, обладает текучестью, встречается в трех состояниях – жидком, твердом и газообразном.

Летом вы неоднократно отмечали, что земля уже нагрелась, а вода еще долго остается холодной. Входя в воду, вы ощущаете, что ее температура неодинаковая: верхние слои значительно теплее, чем нижние. Перемешивание верхних и нижних слоев производит ветер, вызывающий волнение на поверхности, – чем глубже, тем вода холоднее. Почему вода в рядом расположенных слоях имеет различную температуру?

Чтобы ответить на этот вопрос, поставим следующий опыт.

Возьмем пробирку, положим в нее кусочек льда. Чтобы он не всплывал, можно придавить его сверху маленьким кусочком металла. Затем нальем в пробирку воды. Держа пробирку прищепкой для белья и немного наклонив, нагреваем ту ее часть, где нет льда. Одновременно наблюдаем, что происходит со льдом. Он долго сохраняет твердое состояние. Почему же лед не тает? Вода вокруг кипит, а лед не тает.

Поставленный опыт позволяет сделать вывод: вода не очень быстро передает тепло.

Передача тепла от более нагретой части тела к другой, менее нагретой, называется теплопроводностью. Так как теплопроводность воды не очень большая, то лед в нашем опыте долгое время находится в твердом состоянии.

У воды есть и другое замечательное свойство: нагретая солнечными лучами, она способна долгое время сохранять полученное тепло. Вода как бы накапливает его в себе и удерживает. Она медленно нагревается и медленно остывает. Летом вода в приморских районах, нагреваясь медленнее, чем суша, охлаждает окружающий воздух, а зимой теплое море постепенно остывает, отдавая тепло воздуху и смягчая мороз.

Когда температура опускается ниже 0 °С, вода замерзает и переходит в твердое состояние – лед (рис. 51).

Рис. 51. Лед – твердая вода в природе

Мы знаем, что вода обладает текучестью. Оказывается, и лед при определенных условиях может «течь». На Земле существуют огромные «ледяные реки», медленно стекающие с высоких гор. Их называют ледниками.

Почему же ледники движутся? Оказывается, под огромной тяжестью (толщина некоторых ледников достигает 3–4 км) лед у поверхности Земли начинает подтаивать и превращается в жидкость. Образовавшаяся вода облегчает скольжение, она выступает в роли смазки.

Мы уже говорили, что вода может находиться в газообразном состоянии, т. е. в состоянии водяного пара. Можно ли увидеть водяной пар?

Белое облако, которое образуется по ночам и рано утром в низинах и над водоемами; белый дымок, который вырывается из носика чайника, или белые видимые клубы над сосудом, где закипает вода, – все это не водяной пар, а туман – мельчайшие капельки воды, образующиеся в воздухе (рис. 52).

Рис. 52. Туман – мельчайшие капельки воды, образующиеся в воздухе при конденсации водяного пара

Нет никакой разницы между туманом и облаком в небе. Туманы чаще бывают осенью, когда воздух охлаждается быстрее, чем земля или вода. При соприкосновении прохладного воздуха с теплым и образуется туман.

Чем отличается туман от водяного пара? Пар – это газ, прозрачный и невидимый. Видеть водяной пар (воду в газообразном состоянии) невозможно, как нельзя видеть воздух при конденсации водяного пара. Но можно доказать, что водяной пар содержится в воздухе. Например, в воздухе комнаты. Если подержать небольшое зеркало 10–20 мин на улице (при температуре -5 °C или ниже), а потом внести его в теплую комнату, то через несколько минут оно покроется капельками воды. Капельки воды – это бывший водяной пар, который сконденсировался из комнатного воздуха на холодном стекле зеркала. Вода из газообразного состояния – водяного пара, который содержится в комнатном воздухе, от охлаждения при соприкосновении с холодным стеклом зеркала перешла в жидкое состояние.

Количество водяных паров, которое может содержаться в воздухе, зависит от его температуры: чем выше температура воздуха, тем больше водяного пара в нем.

Вода в жидком, твердом и газообразном состоянии образует на Земле оболочку – гидросферу.

1. Как вы думаете, что будет более эффективным в качестве грелки: 2 кг песка при температуре +60 °C или 2 л воды при той же температуре? Ответ объясните.

2. Почему туман образуется по ночам или рано утром?