المپياد جهاني فيزيك
 برندگان مسابقه‌ي المپياد فيزيك
 
 باران (مسابقه‌ي شماره‌ي 75)
باران (مسابقه‌ي شماره‌ي 75)مسابقه فيزيك
چگالي قطرات باران و پديده‌ي زيباي باران...سؤال همراه با جواب

باران 






 

سؤال

ابرها از قطره‌هاي آب تشكيل شده‌اند و آب حدود 800 برابر چگال‌تر از هوا است. چرا ابرها مثل يك سنگ يا هر جسم ديگر بر زمين نمي‌افتند؟




















جواب

بر قطره‌هاي در حال سقوط از طرف مقاومت هوا نيروي اصطكاك وارد مي‌‌شود كه با گرانش مخالفت مي‌كند (قطره مولكول‌هاي هوا را براي حركت به سمت پايين هل مي‌دهد). قطره‌ها به سرعت حدي ثابتي مي‌رسند و اين سرعت نهايي بسيار بسيار كم‌تر از شعاع ذره‌ي متحرك يا بلور يخ است. به اين نتيجه مي‌رساند كه سرعت نهايي براي قطره‌هايي به اندازه‌ي چند ميلي‌متر و حتي بيش‌تر، كاملاً كوچك است، هرچند قطره‌ها در پايين آمدن از ابر هستند. آن‌ها چنان به آرامي سقوط مي‌كنند كه انداز‌ه‌گيري‌هاي دقيق اين حقيقت را بيش‌تر آشكار مي‌كند.

بيشتر از نظر مقداري ما مي توانيم بگوييم كه وزن قطره‌ي هوايي با شعاع R برابر است با  كه ρ چگالي آب ( 103kg/m3) و g=9.8 m/sec2 كه شتاب سقوط آزاد است. اگر قطره در طول مسير در هوا با سرعت v سقوط كند،‌ nچسبندگي هوا،(1.75×10-5 N sec/m2) باعث اصطكاك «قانون استوكس» مي‌شود: 6πnRv (از چگالي هوا صرف نظر مي‌كنيم و اين‌طور در نظر مي‌گيريم كه چسبندگي قطره بزرگ‌تر از چسبندگي هواست. و نيز قطره تقريبا كروي است).

سرعت نهايي سقوط قطره‌ها با برابر گرفتن (يكسان فرض كردن) وزن و نيروي اصطكاك بدست مي‌آيد و درنتيجه:

 

بنابراين قطره‌ي يك ميكروني سرعت 0.13mm/sec يا 11m/day  را خواهد داشت. بزرگ‌تر از آن قطره‌ي 10 ميكروني همچنان كُند سقوط مي‌كند( 1.1km/day-). آهنگ سقوط قابل صرف‌نظر كردن بوده، به ويژه وقتي حركت هوا خودش تندتر از آن است.

قطره‌ها به‌طور قابل توجهي كوچك‌تر از يك ميكرون قابل رؤيت نيستند و مانند ابرها نمي‌توان آن‌ها را مشاهده كرد. در صورتي كه قطره‌هاي 0.1 ميلي‌متري سقوط خواهند كرد با سرعت حدود 1m/sec  يعني هنگامي كه مي‌بارد. قطره‌هاي بزرگ‌تر سقوط خواهند كرد، با سرعت‌هاي بيشتر؛ ‌به ترتيب مقاومت هوا سريع از v شروع به افزايش مي‌كند، يعني سرعت با افزايش قطرات به همان تندي افزايش نمي‌يابد.

در چنين سرعت‌‌هاي بالايي وزن قطره‌ها با نيروي اصطكاك برابر مي‌شود:

ρair چگالي هواست (=1.2kg/m3 ) و C=1.2 ضريب اصطكاك براي كره است. طبق اين معادله قطره‌ي 1 ميلي‌متري با سرعت 4.3m/sec  سقوط خواهد كرد و قطره‌ي 10 ميلي‌متري با سرعت 13.6m/sec سقوط خواهد كرد. به هر ترتيب قطره‌هاي بزرگ‌تر از 5 ميلي‌متر معمولاً به قطره‌هاي كوچك‌تر تقسيم مي‌شوند و با كم‌تري سقوط مي‌كنند.

1387/6/13لينک مستقيم

فرستنده :
طاهره خياباني مقدم HyperLink HyperLink 1387/7/2
مـتـن : قطره هاي آب سقوط مي كنند ولي در حين سقوط تبخير مي شوند و يعد از تيخير دوباره سرد مي شوند و به مايع تبديل مي شوند و دوباره اين فرآيند ادامه پيدا مي كند تا قطرات آب تشكيل شده آن قدر بزرگ شوند كه با تبخير مقداري از آن باز هم قطره حالت خود را از دست ندهد.
پاسـخ :

فرستنده :
طاهره خياباني مقدم HyperLink HyperLink 1387/6/30
مـتـن : هوايي را كه بخار آب دارد مي توان يك آيروسول مايع دانست !
و ذره هاي كلوييدي هم مي توانند ذره هاي باردار مانند يون را در سطح خود جذب كنند و به بار الكتريكي دست يابند
ذرات كلوييد در برخورد با يك ديگر تغيير جهت مي دهند و به اصطلاح داراي حركت برواني هستند
و به همين دليل پايدار مي شوند و ته نشين نمي شوند !
پاسـخ :

فرستنده :
طاهره خياباني مقدم HyperLink HyperLink 1387/6/30
مـتـن : قطره هاي آب سقوط مي كنند ولي در حين سقوط تبخير مي شوند و يعد از تيخير دوباره سرد مي شوند و به مايع تبديل مي شوند و دوباره اين فرآيند ادامه پيدا مي كند تا قطرات آب تشكيل شده آن قدر بزرگ شوند كه با تبخير مقداري از آن باز هم قطره حالت خود را از دست ندهد.
پاسـخ :

فرستنده :
فاطمه HyperLink HyperLink 1387/6/18
مـتـن : سلام، من فكر مي كنم چون توي ابر، بين قطرات آب هواي زيادي وجود داره.
باعث مي شه توي يه حجم معيني از ابر تعداد قطرات كمتري وجود داشته باشه نسبت به همون حجم آب روي زمين.از طرفي من با نظر پرهام موافقم،
چون نيروي وزن و تكيه گاه در دو جهت مخالف و با يك اندازه هستند،باعث ميشه نيروي برايند به ابر صفر باشه، و از طرفي وقتي نيرويي نباشه شتابي هم نيست، پس ابر در راستاي y هيچ حركتي نداره و اين باعث ميشه اوون سر جاش وايسه.
سواله قشنگيه!
iranian_1371@yahoo.com
پاسـخ :

فرستنده :
پرهام HyperLink HyperLink 1387/6/15
مـتـن : چون هنگامي كه قطرات ريز آب در هوا هستند تنها نيروي وارده بر آن ها فقط وزن آن ها نمي‌باشد. زيرا نيروي مختصر ديگري به نام نيروي تكيه‌گاه در خلاف جهت نيروي وزن به ‌آن‌ها وارد مي‌شود.اين نيروي بسيار ضعيف است اما چون وزن يك قطره‌ي آب هم فوق‌العاده كم است ،اين نيروي تكيه‌گاه برابر وزن قطره‌ي آب است . در نتيجه قطرات آب در هوا معلق مي‌مانند.اما براي اين كه باران بيايد لازم است اين قطرات ريز آب به وسيله‌ي گرد و غبار هوا به هم بپيوندند تا سنگين شوند و در نتيجه بتوانند بر تيروي تكيه‌گاه غلبه كرده و به صورت قطرات درشت‌تر و سنگين تر به زمين بيايند.
پاسـخ :پرهام جان بسيار عالي بود. جواب طولاني دادي. فقط يك نكته رو درباره‌ي مطلب قراردادن زير سؤالها بگم. نوشته ها ميرسه. ولي تا ما عبارت تأييد رو در فضاي ويرايش سايت نزنيم ديده نمي‌شه. بنابراين با يك بار فرستادن ما نوشته رو مي‌بنيم. و در آخر نوشته‌هاي تكراري رو حذف ميكنيم.

فرستنده :
پرهام HyperLink HyperLink 1387/6/15
مـتـن : {{{{{{{جواب درست اين سوال}}}}}}}
وقتي كه قطرات ريز آب در هوا هستند تنها نيروي وارده بر آن ها فقط وزن آن ها نيست. زيرا نيروي مختصر ديگري به نام نيروي تكيه‌گاه در خلاف جهت نيروي وزن به ‌آن‌ها وارد مي‌شود. اين نيرو بسيار ضعيف است اما چون وزن يك قطره‌ي آب هم فوق‌العاده كم است، اين نيروي تكيه‌گاه برابر وزن قطره‌ي آب است. در نتيجه قطرات آب در هوا معلق مي‌مانند. اما براي اين كه باران بيايد لازم است اين قطرات ريز آب به وسيله‌ي گرد و غبار هوا به هم بپيوندند تا سنگين شوند(در اين حالت نسبت مساحت به حجم(همچنين وزن)) كمتر مي‌شود و در نتيجه نيروي كه به آن ها وارد مي‌شود چون نسبت مساحت به حجم كمتر شده كمتر از ورن قطره‌ آب مي‌شود و در نتيجه قطرات سقوط مي‌كنند
پاسـخ :

فرستنده :
ناشناس HyperLink HyperLink 1387/6/14
مـتـن : ببخشید چگونه آب 800 برابر چگالتر از آب است؟
پاسـخ :ممنون. سؤال رو تصحيح كردم.

فرستنده :
rainbow HyperLink HyperLink 1387/6/14
مـتـن : لطفا سوالتان را اصلاح کنید
با تشکر
پاسـخ :خيلي ممنون از تذكرت گرفتار اينترنت داغون كه باشي فقط هول داري كه مطلب بياد روي سايت!

فرستنده :
محمد امین HyperLink HyperLink 1387/6/14
مـتـن : چون ابرها از آب خالص تشکیل نشده اند و مواد و ترکیبات دیگری هم در آن ها وجود دارد که باعث شده است که چگالی آن را پایین آورد.
پاسـخ :

نظر شما پس از تاييد در سايت قرار داده خواهد شد
نام :
پست الکترونيکي :
صفحه شخصي :
نظر:
تاییدانصراف
 
 المپياد فيزيك

 

     

 

 

صفحه‌ي اصلي

     

 

راهنماي سايت

     

 

 

آموزش

     

 

بانك سوال

     

 

 

مسابقه

     

 

 

زنگ تفريح

     

 

 

مصاحبه و گزارش

     

 

 

معرفي كتاب

     

 

 

مشاوره

     

 

 

پرسش‌و‌پاسخ‌علمي

     

 

اخبار

 

فعاليت‌هاي علمي

 بازديدها
كاربران غيرعضو آنلاينكاربران غيرعضو آنلاين:  3208
 كاربران عضو آنلاين:  0
  کل كاربران آنلاين:  3208