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(wǎng)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(guān)系，但又沒有多大關(guān)系。引力在地球表面表現(xiàn)為重力，相同質(zhì)量的空氣和云朵，重力是相等的。

萬有引力表達(dá)式為：F=GMm/r^2。這里的G為引力常數(shù)，也就是兩個(gè)1公斤物體距離一米時(shí)的引力值，約為6.67*10^?11N?m^2/kg^2；M和m是指兩個(gè)相互發(fā)生引力作用的物體質(zhì)量，單位為千克；r為兩個(gè)發(fā)生引力作用的物體之間質(zhì)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(gè)或兩個(gè)以上物體相互作用的體現(xiàn)；引力大小與質(zhì)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(xiàn)。

重力并不完全等同于引力，作為一個(gè)天體，質(zhì)量是既定的，引力也是既定的；但由于天體自轉(zhuǎn)，形成了不同緯度的離心力不一樣，導(dǎo)致了重力的區(qū)別，緯度越高重力越大，緯度越低重力越小。但這種區(qū)別較小，地球表面重力g值通常表示為9.8N/kg。而實(shí)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(diǎn)，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(diǎn)卻有9.83N。

作為引力和重力來說，相同質(zhì)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(nèi)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(gè)表面受流體壓力的差形成的合力。

這個(gè)理論是兩千多年前的古希臘哲學(xué)家兼科學(xué)家阿基米德發(fā)現(xiàn)創(chuàng)立的，其定義式為F浮=G排，推導(dǎo)出公式為F浮=G排=ρ液gV排…….這些公式解釋起來很繁瑣，現(xiàn)在我想用一個(gè)簡單的說法來解釋，浮力的本質(zhì)實(shí)際上就是在重力條件下物體密度差導(dǎo)致的一種現(xiàn)象。

密度是度量物體質(zhì)量與體積之間關(guān)系的指標(biāo)，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(huì)往下沉，反之密度越小的物體就會(huì)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(huì)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(huì)疑惑，鋼鐵的密度比水大多了，為什么萬噸巨輪會(huì)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(huì)漂浮呢？這里提示一下，密度是指體積與質(zhì)量之間的關(guān)系，是特定物體體積內(nèi)的質(zhì)量度量。根據(jù)這個(gè)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(zhì)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(jì)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(dāng)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(yīng)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(huán)系統(tǒng)導(dǎo)致的現(xiàn)象，在太陽輻射下，大地表面的水被蒸發(fā)形成水蒸氣，當(dāng)水汽處于過飽和狀態(tài)時(shí)，水分子就會(huì)聚集在空氣中的微塵周圍，產(chǎn)生水滴或冰晶將陽光散射到各個(gè)方向，這就讓我們看到多姿多彩的云朵。

水蒸氣為啥會(huì)上升呢？因?yàn)轱柡退魵獾拿芏葹?.6kg/m^3，而空氣的密度約為1.29kg/m^3，這樣，水蒸氣當(dāng)然就上升了。當(dāng)這些水蒸氣凝結(jié)成水珠或冰晶時(shí)，作為個(gè)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(yīng)導(dǎo)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(qiáng)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(yùn)動(dòng)，在不斷碰撞中越來越大，熱空氣終于不堪重負(fù)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(huì)看到冰雹的層層包裹結(jié)構(gòu)，這就是在空中受到重力和熱空氣“操弄”不斷上下翻滾的結(jié)果。

云的重量是根據(jù)云的體積來衡量的，所謂聽說云有幾噸重實(shí)在大大低估了，隨便一朵云也有數(shù)公里大小，即便一朵一公里見方的云，按照0.5kg/m^3密度計(jì)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(tuán)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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