大气中的物理_科普之友

大气即空气，成分包括氮气、氧气、二氧化碳、水蒸气、微尘以及一些人为排放的有害气体，在地球表面形成大气圈。在这个体积庞大的大气圈里，演绎着千姿百态的物理现象，反映了复杂丰富的物理学道理。
　　
　　在大气圈里，我们最熟悉的现象莫过于风、云、雷、电、雨、霜、雪、雹、雾、露，这些现象在神话里有过各种各样的解释，现在让我们用物理学的知识作一次科学的解释。
　　
　　风是大气在水平运动，由于各处纬度、海拔或地表热力性质不同，导致空气温度不同，空气经过热胀冷缩，又导致密度和气压不同，于产生了气压梯度力，迫使大气从高压向低压运动，这就是风了。
　　
　　当风遇到山坡，或者低压中心受到周围空气补后，又或地面辐射使大气膨胀，大气都会被抬升，由于高空温度较低，空气遇冷凝结成细小水珠，在低空较稀薄而为雾，在高空较密且有冰晶而为云。
　　
　　云在运动过程中会得失电子而带电，当两朵带异种电荷的云足够靠近时，就相互吸引而发生碰撞，释放出巨大能量，这些能量有的以声波的形式释放，而产生雷鸣，有的以光电的形式释放，而产生电弧即闪电。
　　
　　气流上升过程中，水蒸气不断凝结、液化，水滴不断增大，云层中的冰晶遇暖融化成水，在重力的作用下下落，冲破空气的浮力，这就是下雨。所以在迎风坡和低压中心降雨较多。
　　
　　夏天，地面很热，空气温度大，黎明前的气温较低时，水蒸气便会在树叶、花草上凝结成为露。冰雹在夏天发生也是一大怪事，这是为何呢？当云中的雨点遇到猛烈上升的气流，被带到0℃以下的高空时，便凝固成小冰珠；气流减弱时，小冰珠回落；当含水汽的上升气流再增大，小冰珠再上升并增大；如此上下翩腾，小冰珠就可能逐渐成为大冰雹，最后落到地面。
　　
　　深秋夜间，物体表面的温度很达到0°c以下，物体表面附近较暖的空气就会冷却，其中的水汽就会物体表面上凝华为冰晶，这就是霜。但是，风大的时候，由于空气流动得很快，接触冷物体表面的时间太短，上下层的空气容易互相混合，不利于温度降低，霜就不容易形成了。早晨，气温低，饱和空气如继续有水汽增加或继续冷却，便会发生凝结。凝结的水滴如使水平能见度降低到1千米以内时，雾就形成了。另外，过大的风速也不利于雾的生成。
　　
　　冬季或春初，大气中富含由小冰晶和过冷却水滴共同组成的混合云。这种气团对于冰晶说来已经达到饱和，对于水滴说来却还没有达到饱和。这时云中的水汽向冰晶表面上凝华，而过冷却水滴却在蒸发，这时就产生了冰晶从过冷却水滴上“吸附”水汽的现象。在这种情况下，冰晶增长得很快。另外，过冷却水是很不稳定的。一碰它，它就要冻结起来。所以，在混合云里，当过冷却水滴和冰晶相碰撞的时候，就会冻结沾附在冰晶表面上，使它迅速增大。当小冰晶增大到能够克服空气的阻力和浮力时，便开始下落，这就是雪花。近地面的气温足够低时，雪花没有来得及完全融化就落到了地面，这就是降雪天气。
　　
　　大气也是一种流体，具备流体的性质。我们的飞机就是根据流体流速大压强小的原理而飞上天的。飞机巨大的机翼被设计为上表面弯曲而下表面平坦，飞机向前行进时，与周围空气相对运动，机翼的上表面的气流比下表面的快，即上表面气压小于下表面气压，气压差就会对飞机产生向上的托力，把飞机送上天去。当飞机发生危险时，机上人员一般会想到跳伞，降落伞的原理就是利用了大气对大气中的物体具有浮力作用的性质。
　　