Падение снежинок из облаков, как и других осадков, вызвано силами, действующими на них в атмосфере, и прежде всего — гравитацией. Однако этот процесс гораздо более сложен, чем просто влияние силы тяжести. Чтобы подробно понять, почему и как снежинки падают, рассмотрим несколько важных факторов.
1. Гравитация
Снежинки в конечном итоге падают на землю благодаря гравитации — силе, которая притягивает объекты к центру Земли. Гравитация действует на снежинку со всеми её массами и ускоряет её движение вниз. Это стандартная ситуация, как для других объектов, которые падают под воздействием гравитации.
Тем не менее, помимо силы тяжести, на снежинку влияют и другие факторы, такие как сопротивление воздуха и особенности её формы.
2. Сопротивление воздуха
Когда снежинка падает, она сталкивается с сопротивлением воздуха — силой, противоположной её движению. Это сопротивление зависит от скорости падения, формы снежинки и плотности воздуха.
Сопротивление воздуха действует как «тормоз» для снежинки, уменьшая её ускорение по мере падения. Это сопротивление растёт с увеличением скорости. Когда скорость падения снежинки увеличивается до такой степени, что сопротивление воздуха начинает компенсировать силу тяжести, наступает состояние, которое называется предельной скоростью (или терминальной скоростью). В этом случае снежинка больше не ускоряется, а продолжает падать с постоянной скоростью.
3. Форма снежинки
Снежинки имеют сложную, симметричную и часто ветвистую структуру, что влияет на их взаимодействие с воздухом. Такие формы увеличивают сопротивление воздуху, замедляя падение снежинок, в отличие от более плотных и компактных объектов.
Кроме того, форма снежинок влияет на их аэродинамические характеристики. Некоторые снежинки, например, кристаллы в виде звездочек, обладают большим аэродинамическим сопротивлением, чем более «плоские» или «пухлые» формы. Это значит, что более крупные или разветвленные снежинки могут падать медленнее, чем маленькие и компактные.
4. Температурные условия и изменение массы снежинки
Снежинки часто образуются в облаках при температуре ниже 0 °C, и они могут иметь различные размеры. Чем холоднее облако, тем более изысканные и сложные кристаллические структуры могут образовываться. В процессе падения снежинка может расти, если в облаке есть достаточная влажность. Она захватывает водяные пары и превращает их в кристаллы, увеличивая свою массу и размер, что также влияет на её скорость падения.
Кроме того, если снежинка попадает в более тёплый слой воздуха (например, при приближении к земле), она может начать таять, что также меняет её массу и форму.
5. Действие конвекции и других атмосферных процессов
Помимо гравитации и сопротивления воздуха, на движение снежинок могут оказывать влияние различные атмосферные процессы, такие как конвекция (восходящие потоки воздуха), которые могут замедлять или даже временно приподнимать снежинку, что изменяет её траекторию. В сильных восходящих потоках снежинки могут подниматься вверх, а в более слабых — падать быстрее.
6. Механизмы формирования снежинок в облаке
Процесс образования снежинок в облаках тоже важен для понимания их падения. В облаках с температурой ниже 0°C водяные пары начинают кристаллизоваться на маленьких частицах, таких как пыль или соли, образуя кристаллы льда. Эти кристаллы могут нарастать, в том числе благодаря облачным каплям, которые замерзают на их поверхности.
Как только снежинка достаточно крупная и тяжёлая, она начинает падать вниз под воздействием силы тяжести. В процессе падения её форма может изменяться, что может влиять на её скорость падения, как было описано выше.
Заключение
Таким образом, сила, которая вызывает падение снежинок из облаков, — это гравитация, которая действует на снежинку как на любой другой объект. Однако при этом важно учитывать также сопротивление воздуха, которое замедляет движение снежинок, их форму и размер, а также атмосферные процессы, такие как конвекция, которые могут влиять на их падение.
Снежинки могут падать с различными скоростями в зависимости от этих факторов, и их падение является результатом взаимодействия этих сил.
