Занимательная физика в вопросах и ответах.    
Сайт  Елькина Виктора.   Заслуженный учитель РФ.   Учитель-методист. 

КОНТРОЛЬ ЗНАНИЙ

Тестовые занимательные задачи по физике

Туман

С туманом у нас обычно ассоциируется что-то неясное, таинственное, обволакивающее. Лес, горы, селения, улицы городов словно растворяются в невесомой и неосязаемой среде, становятся невидимками. Огромное количество страниц в судовых журналах мореплавателей, в дневниках метеорологов и в отчетах исследователей отведено описанию туманов. Они оказывают существенное влияние на природные явления, на производственные процессы, на работу транспорта и самочувствие людей.

1. Что такое туман?

Алиса. Туман – это скопление капелек воды, возникающее при определенных условиях в непосредственной близости от поверхности земли или воды.

Виктор. Туман может состоять и из мелких ледяных кристалликов. Он бывает и летом и зимой. Туман стелется над самой поверхностью, образуя слой толщиной до десятков метров (иногда и до сотен). Он ограничивает горизонтальную видимость от километра (слабый туман) до нескольких метров (сильный туман).

Борис. Туманом в повседневной жизни обычно называют воздух, в котором взвешено очень большое количество мельчайших капелек воды. При этом метеорологи добавляют, что речь идет лишь о приземном слое воздуха, где наблюдается переход водяного пара в жидкое состояние, в результате чего уменьшается прозрачность воздуха и ухудшается видимость наземных предметов.

2. Чем туман отличается от облака?

Борис. По-моему, это два различных понятия.

Виктор. Ничем не отличается. Например, в горном районе каждое облако, окутывающее наблюдателя, представляется ему туманом, а со дна долины этот туман может выглядеть как слоистое облако. принципиальных различий между туманом и облаком нет. Это очень образно и поразительно точно передал С.Есенин: «Месяц в облачном тумане водит с тучами игру».

Алиса. «Приземленность» тумана подчеркивается потому, что пелена низких облаков, закрывающая верхушки деревьев, холмов, считается уже не туманом, а слоистым облаком. Отсюда ясно, насколько условно их различие.

3. Как образуется туман?

Борис. Известно, что воздух содержит водяные пары, в наших широтах – это примерно 0,3–2,5% его массы. Чем воздух теплее, тем больше может он содержать водяного пара. Если температура понизится, то часть насыщенного пара сконденсируется и выделится в виде капелек воды.

Виктор. Если воздух из хорошо натопленной комнаты вырывается на мороз, то он резко охлаждается. Клубы пара, которые мы видим, – это множество мельчайших капелек. Количество сконденсировавшейся при этом воды в единице объема равно разности абсолютных влажностей при комнатной температуре и при температуре воздуха на улице. Чем морознее день, тем плотнее туман.

Алиса. Есть такое понятие – относительная влажность. Она показывает отношение фактического количества водяного пара к тому количеству, которое необходимо для его насыщения при данной температуре. Степень близости воздуха к насыщению говорит о его сухости или сырости. Для образования тумана кроме насыщенного водяного пара и быстрого понижения температуры необходимо еще одно условие. В воздухе должно содержаться достаточное количество взвешенных или ионизированных частиц. При относительной влажности воздуха, близкой к 100%, на этих частичках, или пылинках, начинается конденсация. Обычно в кубическом сантиметре воздуха содержится от сотен до сотен тысяч таких микроскопических частиц, которые называют ядрами конденсации. Особенно много их в больших индустриальных центрах, и вероятность образования тумана там значительно выше, чем на окраинах.

4. Что такое насыщенный пар?

Алиса. Если пар содержит достаточное количество капелек в единице объема, то пар называют насыщенным.

Борис. Чтобы говорить о насыщенном паре, рассмотрим, что происходит на поверхности воды. Внешне поверхность выглядит спокойной, но в действительности более быстрые молекулы, преодолев притяжение со стороны других молекул, выскакивают из воды и образуют пар над водной поверхностью. Мы называем это испарением воды. Молекулы водяного пара сталкиваются друг с другом и с молекулами воздуха, часть молекул пара переходит обратно в жидкость. Это конденсация пара. При данной температуре устанавливается своеобразное равновесие (его называют динамическим), когда число молекул воды, покидающих за единицу времени жидкость, в среднем равно числу молекул воды, возвращающихся за то же время обратно. Можно сказать, что процессы испарения и конденсации взаимно компенсируются. Водяной пар, находящийся в этом случае над поверхностью воды, называют насыщенным.

Виктор. Хочу добавить, что существует понятие точка росы. Это такая температура, при которой пар, содержащийся в воздухе, оказывается насыщенным.

5. Когда и где образуется туман?

Виктор. Все знают, что туман часто образуется в низинах, оврагах, болотистых местах, где воздух достаточно влажный. Возникает он и над поверхностью воды (морские, озерные, речные туманы). Туман может образоваться утром, но может и вечером – после захода солнца. Иногда туман не прекращается целые сутки.

Алиса. Кроме водяных туманов, бывают еще ледяные. Они состоят из мельчайших ледяных кристалликов, имеющих форму столбиков. Число кристаллов в кубическом сантиметре ледяного тумана обычно меньше ста. Поэтому ледяные туманы, как правило, не бывают густыми. При умеренных морозах обычно образуются капельно-жидкие переохлажденные туманы. При температуре ниже –20 °С преобладают ледяные туманы. Они хорошо знакомы жителям Сибири и Аляски.

Борис. Туманы часто наблюдают жители больших городов. В Лондоне, Париже, Лос-Анджелесе, Токио слово «туман» связывают со страшным словом «смог».

6. Каков размер капелек в тумане?

Борис. Размеры капелек зависят от расстояния до земли. Чем тяжелее капельки (следовательно, больше по размеру), тем ниже они располагаются.

Виктор. Капельки различны по диаметру – примерно от 0,5 до 100 мкм. В обычном тумане диаметр водяных капелек в основном около 10 мкм.

Алиса. Если в тумане преобладают очень мелкие капельки (диаметром менее 1 мкм), то такой туман называют дымкой. Если же капли тумана относительно велики (около 100 мкм), то это так называемая морось. Количество капелек в 1 см3 тумана – от нескольких сотен до нескольких тысяч.

7. Много ли воды в тумане?

Виктор. Общая масса всех водяных капелек в единице объема тумана называется водностью тумана. эта величина измеряется в единицах плотности, чаще всего в г/м3. Водность тумана обычно не превышает 0,1 г/м3, но может достигать 1 г/м3. Эти числа кажутся очень малыми, ведь собрав воедино все капельки из тумана, занимающего объем 1000  м3 и имеющего водность 0,1 г/м3, мы получим всего полстакана воды (100 г) и едва сможем утолить жажду. Поэтому кажется удивительным, как быстро намокает одежда у того, кто окунулся в промозглую сырость тумана.

Борис. Все это так, но даже в обычном воздухе, например при температуре –40 °С, в одном кубометре может содержаться 0,2 г влаги, а при +40 °С – почти в 250 раз больше! Рассмотрим слой тумана толщиной 10 м, висящий над полем площадью 5 км2. Объем такого туманного слоя равен 5 • 107 м3. При водности тумана 0,1 г/м3 в нем содержится 5 • 103 л воды. Этого вполне достаточно для подпитки растений рассматриваемого поля.

Алиса. То, что туманы и росы – существенный источник влаги, необходимой растениям, хорошо известно крестьянам. Разумеется, они не производили расчетов, просто знали это из собственного опыта. Недаром сказка «Король Туманной горы», заканчивается так: «...И не было больше удачи этим людям. Каждое лето засуха причиняла им большой урон, хлеба и травы погибали, потому что по ночам не опускался над ними освежающий туман».

В.И.Елькин, школа № 5,
г. Слободской, Кировская обл.

назад

Занимательная физика   А знаете ли Вы?   Физика в походе   Биофизика  Биографии  
 Необычные явления   Астрономия    Физика и медицина    Физика  и  поэзия   
 Народная  мудрость      Физика и техника  Форум  Радиотехника для всех
Бочка Паскаля   Оптика   Старинные  задачи


Rambler's Top100

Hosted by uCoz