空気抵抗～雲はどうして浮かんでいるのか～142（科学㉒）

こんにちは、けいタンです。

今回は身近な存在である雲に関する話について考えていきましょう。

今回のテーマについて
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今回のテーマに対する解答
雲が空に浮かんでいる理由
まとめ～上昇気流による浮力で水滴が浮かぶ！

今回のテーマについて

ちなみに前回は、「知っておきたい雷が起こる仕組み」ということで、

天気が悪いと現れる雷が、どのような仕組みで発生するのか？

…といった疑問について考えていきました。

そして今回は、少し内容が似ていますが、

雲はどうして、ふわふわと空に浮かんでいるのか？

という、是非とも知っておいてほしい…

いや、知っておくべきテーマについて、

科学的な観点からその原因を追究していきましょう！

では、Let’s science!（サイエンス！）

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ではまずは、今回の話の結論部分から始めていきます。

今回のテーマに対する解答

雲が空に浮かんでいるのは、どうしてなのか？

という疑問に対する簡単な模範解答は、

雲は空気抵抗の少ない「極小の水や氷の粒」の集まりで、

はたらく重力よりも浮力の方が大きくなって、空に浮かびます。

では、雲を構成している空気抵抗の少ない「極小の水や氷の粒」の集まりを中心に、

雲が空に浮かんでいることについて、もう少しだけ詳しく見ていくことにしましょう。

雲が空に浮かんでいる理由

空気抵抗と浮力

そもそも雲は、直径が0.01mm程度の、水または氷の粒でできています。

そして、この水滴は大変小さくて軽いので、空気中でふわふわと浮いてしまいます。

これには、空気抵抗と浮力が関係します。

ではまず、浮力から見ていきましょう。

すべての物体は、地球に重力があるため落下します。…まあ、当たり前ですよね。

しかし、物体が落下するときには、ある程度の空気抵抗を受けます。

しかも、小さくて軽いものは、重力に対する空気抵抗の割合が大きな値になります。

そのため浮力が生じ、その物体はなかなか落ちません。

すなわち、花粉やハウスダストが長い間、空気中に漂っているのも、

空気抵抗による浮力を受けているからである、ということも理解できるでしょう。

雲の正体について

では、少し話が脱線してしまったので、

話を元に戻して、雲について再度考えることにしましょう。

というのもそもそも、雲はなぜできるのでしょうか？

これは、地上で空気が温められると軽くなり、軽くなった空気は上昇します。

暖房をつけてもなんか足先だけが冷えてしまう…これは暖房（温かい空気）が冷たい空気よりも軽く、

上昇することにあります。（逆に冷たい空気は重く、下降します。）

そして、温かい空気は上昇すると冷えてきます。

…すると、空気中の水蒸気が溶けきれなくなって水滴として現れ、

いわゆる氷晶（水や氷の粒のこと）が発生するのです。

これが雲の正体です。

雨の正体について

ところが、水や氷の粒は、お互いくっつき合うと大きくなりますね。

よって、どんどん大きくなって重くなっていくと、

今度は空気抵抗よりも重力の大きさが大きくなり、ある程度まとまった水や氷の粒は落下し始めます。

これが雨の正体です。

まとめ～上昇気流による浮力で水滴が浮かぶ！

いかがだったでしょうか。

では今回も、最後にまとめをして終わりにしましょう。

確認しておくべき雲が浮かんでいることに関する4つのこと

そもそも雲は、直径が0.01mm程度の、水または氷の粒でできている
→この水滴は大変小さくて軽いので、空気中でふわふわと浮いている
…これには空気抵抗と浮力が関係している
すべての物体は地球に重力があるため落下するが、物体が落下するときには、ある程度の空気抵抗を受ける
→小さくて軽いものは、重力に対する空気抵抗の割合が大きな値になる
地上で空気が温められると軽くなり、軽くなった空気は上昇する
→そして、温かい空気は上昇すると冷えて、空気中の水蒸気が溶けきれなくなって水滴として現れ、水や氷の粒が発生する…これが雲の正体
水や氷の粒は、お互いくっつき合うと大きくなり、どんどん大きくなって重くなっていくと空気抵抗よりも重力の大きさが大きくなり、ある程度まとまった水や氷の粒は落下し始める…これが雨の正体