Где воздух легче — в горах или в долинах?

Когда поднимаешься высоко в горы, то сразу чувствуешь, что воздух там другой — он разрежен. Молекулам там просторнее, они больше отдалены друг от друга — как пышные пончики, лежащие сверху. На большой высоте воздух так разрежен, что альпинисты и летчики вынуждены пользоваться кислородными масками.

Иногда в небе можно увидеть воздушный шар. Он наполнен гелием — газом, который легче воздуха. Когда такой шар поднимается с земли, он проходит сквозь плотный воздух, всплывает, словно пробка в наполненном водой сосуде. Однако воздушный шар не может подниматься все время, так как на высоте в несколько километров воздух становится столь же разреженным и легким, как и тот газ, которым наполнена оболочка шара, и вес гелия уравнивается с весом окружающего воздуха.

Воздушные шары и дирижабли наполнены газом, который легче воздуха, например, гелием, водородом или просто нагретым воздухом. Чем выше поднимается шар, тем разреженнее окружающая атмосфера. Он прекращает подъем, переставая быть легче окружающего его воздуха.

Почему в горах холоднее, чем в долине?

Когда взбираешься на высокие горы, чувствуешь что становится холоднее. Есть вершины, где круглый год сохраняется снежная шапка. Это происходит оттого, что чем выше, тем воздух менее плотен. Вблизи поверхности земли молекулы воздуха как бы спрессованы. Они находятся в постоянном движении, сталкиваются, трутся друг о друга и нагреваются: как известно, трение вызывает тепло. Мы чувствуем, например, что кожа, которая тоже состоит из молекул, становится теплее, если крепко потереть ладони.

Что такое тропосфера?

Воздух, являющийся столь важной причиной образования погоды, окружает нашу планету сравнительно тонким слоем. Вся воздушная оболочка Земли называется атмосферой, но при этом она делится на несколько различных по толщине ярусов.

За погоду на нашей планете отвечает только нижний слой атмосферы — тропосфера. Ее средняя высота всего 11 километров (на экваторе она достигает 17 километров, над полюсами — от 7 до 8 километров), в то время как толщина всей воздушной шубы планеты доходит до 1000 километров. Если представить себе Землю как шар диаметром полтора метра, то вся пелена атмосферы будет составлять не более 10 сантиметров, а тропосферы соответственно — едва 1 миллиметр.

Изменчивые погодообразующие процессы, такие, как формирование облаков и выпадение осадков, происходят в нижнем ярусе атмосферы-в тропосфере. Ее высота составляет от 8 до 17 км.

Почему бывает тепло и холодно?

Зимой мы надеваем теплые вещи, обычно темных цветов.

Летом наша одежда легче и, как правило, светлых тонов. Почему? Найти этому объяснение поможет простой опыт. Если положить на солнцепеке два бумажных листа — белый и черный, то через несколько минут черный станет ощутимо теплее белого. Оказывается, темные предметы лучше поглощают солнечное тепло, чем светлые. Поэтому в одежде темного цвета теплее, а в светлой прохладнее.

Если снова положить черный лист бумаги под лучи солнца и через две, пять, наконец, через десять минут пощупать его, то мы почувствуем, что он нагревается все сильнее. Чем лист светлее, тем дольше остается он прохладным.

Белый лист бумаги отражает солнечные лучи, черный поглощает их и потому скорее нагревается.

Нагрев можно измерить еще точнее, если воспользоваться двумя бумажными стаканчиками и двумя термометрами. Один из стаканчиков окрасим в черный цвет, другой пусть останется белым. Затем оба наполним водой и примерно на час оставим на солнце. Через некоторое время столбик ртути термометра в черном стаканчике поднимется выше, чем в белом.

Чем светлее предмет, тем медленнее солнце нагревает его. Это подтверждает опыт: вода в черном стаканчике будет теплее, чем в белам.

То же самое происходит и с землей. Солнце в течение дня освещает ее и нагревает сушу и море. При этом темные поверхности, например вспаханное поле, поглощают больше тепла, чем светлые, к примеру снежный покров, отражающий солнечные лучи. Чем дольше солнце освещает землю, тем больше она нагревается; ночью, когда солнце заходит, земля постепенно остывает.

Теплый воздух поднимается вверх

Если в безветренную погоду развести костер, то видно, как дым от него поднимается вертикально вверх. Нагретый огнем воздух легче, чем холодный, окружающий его. Вот дым и устремляется вверх, как наполненный гелием воздушный шар.

Теплый воздух расширяется

Когда воздух нагревается, происходит еще кое — что. Его молекулы начинают двигаться быстрее; чем сильнее и чаще они при этом сталкиваются, тем больше удаляются друг от друга и занимают все больший объем. В этом нетрудно убедиться. Измерьте ниткой воздушный шарик и оставьте его на несколько минут под горячими лучами солнца. Спустя некоторое время вновь измерьте шарик, и вы увидите, что он раздулся. Воздух в шаре сохранил свой вес, но занимает теперь больший объем. Таким образом, нагретый воздух не только поднимается вверх, но и расширяется.

Движется ли холодный воздух?

Когда отопительные батареи нагреваются, то и нагретый ими воздух поднимается вверх. Если открыть форточку, то холодный воздух как бы вольется в комнату. Но вскоре и он нагреется и начнет подниматься вверх. Когда теплый и холодный потоки встречаются, возникает циркуляция воздуха.

Это легко проверить, прикрепив над батареями тонкие полоски бумаги. Вы убедитесь, что при циркуляции воздуха они устремятся вверх.

Когда теплый воздух поднимается вверх, его замещает холодный, устремляющийся следом за ним. Опыт с полосками бумаги делает этот процесс наглядным.

Равномерно ли нагревается Земля?

Движение воздуха в комнате возникает тогда, когда температура в помещении не везде одинакова. В природе ветры возникают по той же причине.

Солнечные лучи в течение дня пронизывают воздушную оболочку Земли. Часть из них достигает поверхности — они нагревают почву, камни и скалы, воду морей и океанов. А те отдают это тепло окружающему воздуху, и воздушная оболочка — атмосфера — нагревается. Из опытов, о которых мы рассказывали на предыдущих страницах, уже известно, что за одно и то же время сильнее нагреваются темные предметы. Они как бы больше впитывают тепло. Точно так же неравномерно нагреваются вода и суша, отражающая меньше солнечных лучей.

Где воздух перемещается быстрее?

Светлые поверхности на Земле поглощают меньше тепла, чем темные. Асфальт, например, темный, поэтому заасфальтированная улица раскаляется собой. А так как горячий воздух поднимается вверх, с затененных мест, скажем из леса, на городские улицы начинают перемещаться более прохладные воздушные потоки. На своем пути холодный воздух подхватывает сухую листву, обрывки бумаги и другой мусор, кружит и увлекает за собой. Возникают маленькие вихри. Примерно таким же путем образуются и большие тропические вихри — ураганы и смерчи. Чем больше разница температур, тем быстрее движутся воздушные массы, тем сильнее ветер.