百萬噸重的烏云為啥能飄浮在天上，難道萬有引力失靈了？

本文是基于回答網友提出的問題：聽說云有幾噸重，那它是怎么飄在空中的，萬有引力豈不是失靈了？

云朵飄浮在空中，就是云朵飄浮在空氣之上。這與萬有引力有一定關系，但又沒有多大關系。引力在地球表面表現為重力，相同質量的空氣和云朵，重力是相等的。

萬有引力表達式為：F=GMm/r^2。這里的G為引力常數，也就是兩個1公斤物體距離一米時的引力值，約為6.67*10^?11N?m^2/kg^2；M和m是指兩個相互發生引力作用的物體質量，單位為千克；r為兩個發生引力作用的物體之間質心距離。

從萬有引力公式我們可以看出，引力是一種相互作用，是兩個或兩個以上物體相互作用的體現；引力大小與質量大小成正比，與相互作用物體的距離平方成反比。在地球或其他天體上，引力以重力的方式呈現。

重力并不完全等同于引力，作為一個天體，質量是既定的，引力也是既定的；但由于天體自轉，形成了不同緯度的離心力不一樣，導致了重力的區別，緯度越高重力越大，緯度越低重力越小。但這種區別較小，地球表面重力g值通常表示為9.8N/kg。而實際情況是，在地球赤道0緯度，重力為9.79N/kg；在兩極90度緯度點，重力為9.83N/kg。

也就是說，1kg物體，在赤道0緯度，引力只有9.78N；在兩極90緯度點卻有9.83N。

作為引力和重力來說，相同質量的云朵與空氣重力是相等的。但為啥云朵能夠漂浮在空氣之上呢？這就涉及到浮力理論了。浮力是與重力方向相反的一種力，是指浸在流體內的物體，受到流體豎直向上的作用力，是物體在液體或氣體中，各個表面受流體壓力的差形成的合力。

這個理論是兩千多年前的古希臘哲學家兼科學家阿基米德發現創立的，其定義式為F浮=G排，推導出公式為F浮=G排=ρ液gV排…….這些公式解釋起來很繁瑣，現在我想用一個簡單的說法來解釋，浮力的本質實際上就是在重力條件下物體密度差導致的一種現象。

密度是度量物體質量與體積之間關系的指標，符號為ρ，單位一般采用kg/m^3（千克/立方米），或g/cm^3（克/立方厘米）。在地球或其他天體重力條件下，在流體中密度越大的物體就會往下沉，反之密度越小的物體就會往上浮。

如在水中，水的密度是1000kg/m^3，而干木頭密度一般在400～600kg/m^3之間，所以會浮在水面；其他比木頭輕，也就是密度更小的物體就更容易浮在水面了。但有人可能會疑惑，鋼鐵的密度比水大多了，為什么萬噸巨輪會浮在水面呢？

是的，碳鋼的密度約為7850kg/m^3，比水的密度大了7.85倍，用鋼鐵制造的輪船為啥會漂浮呢？這里提示一下，密度是指體積與質量之間的關系，是特定物體體積內的質量度量。根據這個原理，我們想一下，輪船雖然是鋼鐵制造，但人們將其制造成中空很大的體積，這樣從整體上密度就大大減小了。

也就是說，不管是小船還是萬噸巨輪，不管是用鋼鐵還是其他材質制造，其體積都很龐大，比如用100000kg鋼鐵制造出一艘體積為1000立方米的船只，這樣的船密度是多少呢？我們計算一下：100000/1000=100，也就是密度為100kg/m^3，而水的密度是1000kg/m^3，這樣，船當然就能夠浮起來了，而且還可以裝載很多貨物。

說到這，相信大家應該明白為啥云朵能夠浮在空氣之上了吧？

簡單的說，云是地球表面龐大水循環系統導致的現象，在太陽輻射下，大地表面的水被蒸發形成水蒸氣，當水汽處于過飽和狀態時，水分子就會聚集在空氣中的微塵周圍，產生水滴或冰晶將陽光散射到各個方向，這就讓我們看到多姿多彩的云朵。

水蒸氣為啥會上升呢？因為飽和水蒸氣的密度為0.6kg/m^3，而空氣的密度約為1.29kg/m^3，這樣，水蒸氣當然就上升了。當這些水蒸氣凝結成水珠或冰晶時，作為個體，它們的密度是大于空氣的，但在水蒸氣的龐大體積裹挾中，整體密度就很低了，甚至降到0.5kg/m^3以下。

另外，熱脹冷縮效應導致地面的熱空氣不斷上升，對這些小水滴和冰晶起到托舉作用。在對流強烈的天氣里，這些小水滴和冰晶不斷的受到重力的下拉和熱空氣的托舉上下運動，在不斷碰撞中越來越大，熱空氣終于不堪重負無力托舉了，于是就下起了暴雨或冰雹。

如果剖開一顆冰雹查看，就會看到冰雹的層層包裹結構，這就是在空中受到重力和熱空氣“操弄”不斷上下翻滾的結果。

云的重量是根據云的體積來衡量的，所謂聽說云有幾噸重實在大大低估了，隨便一朵云也有數公里大小，即便一朵一公里見方的云，按照0.5kg/m^3密度計算，也有50萬噸重。而同等體積的空氣則有129萬噸重。這樣，云團再重，也只能浮在空中，而空氣只能沉在下面了。

這樣解答，不知各位滿意嗎，歡迎討論。

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