Ako ste neko ko ima dijete, igra neku drugu ulogu u životu djeteta ili ste jednostavno blizu jednog na autobuskoj stanici, u nekom trenutku će vas dijete pitati kako se oblaci zadržavaju na nebu.
Naučne lekcije iz vaše mladosti blijede prilično brzo, shvatamo. Postoji i šansa da vam je u nekom trenutku rečeno pogrešno objašnjenje, da oblaci lebde jer su manje gustoće od vazduha ispod njih.
Kako se zrak blizu Zemljine površine zagrijava, on zaista počinje da se diže, noseći vodenu paru sa sobom, budući da je manje gust od okolnog (uglavnom) dušika i kisika. Ovo je isti princip koji podiže balone sa toplim vazduhom sa zemlje. Zamislite kako će se balon koji se drži pod vodom izdići na površinu, gdje se zaustavlja, jer je zrak u njemu otprilike gust kao i zrak oko njega. Ili barem nije dovoljno gusta da potone u vodi, i nije dovoljno rijetka da nastavi da leti prema gore. Ako biste ga napunili manje gustim helijumom, nastavio bi da pluta prema gore, piše IFLS.
Ali vazduh – i vodena para sadržana u njemu – ne lete zauvijek uvis i van naše atmosfere poput helijuma, dostižući visinu na kojoj je otprilike iste gustine kao i vazduh oko njega. Kako se zrak hladi, u njemu se formiraju voda i kapljice leda u dovoljno velikim količinama da naprave oblake koje vidimo, jer se sunčeva svjetlost odbija od velikog broja kapljica vode.
Kapljice vode unutar oblaka, međutim, čine samo mali dio zapremine oblaka. Uobičajeni kumulusni oblak, na primjer, ima otprilike 0,5 grama vode po kubnom metru. Ovo se sabira prilično brzo s obzirom na ogromnu količinu oblaka. Oblak od 1 kubnog kilometra težio bi 500.000 kilograma.
Dakle, kako nešto tako teško ostaje gore, kada bi izbacivanje kamiona kroz prozor aviona rezultiralo razbijanjem kamiona na zemlju i vjerovatno nekoliko tužbi?
Kapljice vode unutar oblaka ne brinu o tome koliko je zrak oko njih ukupno težak. Brojne kapljice unutar oblaka mogu činiti ogroman zbroj, ali to nije važno za pojedinačnu kapljicu. Oni ostaju u visini (sve dok ne budu) zbog svoje velike površine.
Sila otpora zraka prema gore (tzv. sila uzgona) na male kapljice vode dovoljna je da zadrži njihovu krajnju brzinu – gdje je sila otpora zraka kroz koji se objekt kreće jednaka sili gravitacije nadole – niska, za male kapljice . Rezultat je da manje kapljice stalno padaju, ali ih zrak ispod njih lako gura prema gore.
Ovo ne traje vječno – samo pitajte svakoga ko živi u UK. Kapljice unutar oblaka se sudaraju i postaju veće kapljice. Kako se to događa, težina kapljica u odnosu na površinu raste, a kapljice padaju, otpor zraka više nije dovoljan da ih uspori.
„Kapljica poluprečnika 10 mikrona pada brzinom od 1 cm/sek [0,02 mph]“, objašnjava Louis J. Battan u knjizi Cloud Physics, „dok kapljice radijusa 50 mikrona padaju brzinom od 26 cm/ sek [0,6 mph]."
Čim polumjer kišne kapi pređe 0,1 milimetar, otpor zraka koji struji prema gore nije dovoljan da se suprotstavi gravitaciji, i vrijeme je da donesete kišobran.
