¿Por qué flota la niebla?

Estaba leyendo esta pregunta: Estado físico de la niebla y me despertó la curiosidad sobre la pregunta más amplia de cómo existe la niebla, es decir, ¿qué hace que un aerosol permanezca suspendido en el aire?

Hay un artículo en Scientific American que trata de dilucidar esto, pero contiene declaraciones que no tienen sentido para mí, como " Las partículas de agua y hielo en las nubes que vemos son simplemente demasiado pequeñas para sentir los efectos de la gravedad ". Pensé que todo siente los efectos de la gravedad.

No tengo experiencia en física, pero entiendo la ciencia básica, entonces, ¿podría alguien explicar en términos de un laico educado qué hace que las gotas de agua floten en el aire en lugar de caer en picado a la tierra? ¿Qué papel juegan las características del aire? Si el aire estuviera perfectamente quieto (sin viento ni corrientes ascendentes), ¿qué pasaría?

Si tuviéramos esferas sólidas de la misma densidad que el agua (por lo que la evaporación no fuera un factor) y redujéramos la presión del aire o cambiáramos la composición o la temperatura del aire, ¿cómo afectaría su suspensión?

Esto no se aplica a las gotas en la niebla, pero es fácil pensar que el aire húmedo (es decir, el aire con vapor de agua disuelto) es más pesado que el aire seco a la misma temperatura y presión, y eso no es cierto: las moléculas de agua son más ligeras que el aire. moléculas, por lo que el aire húmedo es más ligero que el aire seco.
Lo que está observando se llama una "inversión térmica" donde, en lugar de la realidad física normativa de que a medida que uno se mueve más alto en elevación, uno tiene más frío y más seco, una "niebla" es un cambio momentáneo en esa relación por lo que una suspensión de aire caliente (más ) repentinamente existe por encima de nuestra normativa siempre más caliente que el aire tierra. Muy común en una costa, esta situación se "quemará" a medida que sale el Sol, lo que restaura el equilibrio natural de la tierra con el aire de uno cálido a un enfriamiento siempre más seco en la vertical. También puede ver un fenómeno similar en la formación de nubes que nuevamente representan una inversión térmica.

Respuestas (4)

Así que hay dos partes en esto. La primera es que el vapor gaseoso en el aire no "quiere ser" condensado a menos que tenga las presiones y temperaturas apropiadas a su alrededor. La parte inferior de una nube cúmulo típica es "plana" porque las cosas que caen debajo de esta superficie se vuelven a evaporar mientras que las cosas que están sobre la superficie se condensan. En otras palabras, las nubes son un fenómeno de gran falta de equilibrio; se ven fijas y constantes, pero es muy similar a cómo se ve fija y constante la llama de una vela: secretamente sabemos que las moléculas de cera involucradas en la combustión son siempre nuevas del cuerpo sólido de la vela, y la vela solo puede sostenerse si eso el cuerpo se está consumiendo. De manera similar, las nubes son siempre parte de un proceso de transferencia de calor de una región más cálida a una región más fría.

Sin embargo, eso no explicaría las cimas "hinchadas" de estas nubes. Para comprenderlos, debe comprender que cuando el vapor se condensa en una gota, libera su calor al aire circundante, que se calienta y, por lo tanto, dado que el aire caliente sube, siente una fuerza de flotación y se dirige hacia arriba. "Atrae" la gota un poco con ella, y dado que la gota es pequeña, tiene una alta relación de área de superficie a volumen y esta "tracción" es en realidad relativamente significativa. Eso es lo que hace que las gotas vuelen hacia arriba y creen estas partes superiores hinchadas de las nubes, en comparación con sus bases planas.

Una niebla es solo una nube que se forma a nivel de la superficie. Los conceptos básicos no son tan diferentes y solo requieren que el viento sople el aire húmedo en una dirección que no sea hacia arriba. Si el aire húmedo entra en un espacio más frío, incluso si sopla a través de la superficie o de una montaña, entonces, en las circunstancias adecuadas, formará esas nubes bajas que obstruyen la visibilidad que llamamos niebla. Una vez más, las gotitas aún, a medida que se forman, calientan un poco el aire circundante y esto las arrastra un poco hacia arriba, de modo que parecen desafiar la gravedad. A diferencia de la atmósfera, no hay una superficie debajo de la cual se vuelvan a evaporar, por lo que eventualmente simplemente caen al suelo: esta es la razón por la que puede humedecerse cuando está afuera en la niebla, ya que esta humedad lo golpea en su camino. abajo.

Gracias por todo eso, pero no estoy realmente interesado en las nubes, per se. Las nubes son solo pequeñas esferas de agua, así que estoy tratando de reducir esto a la física de una esfera de la densidad del agua, en el aire. ¿Qué evita que caiga a la tierra?
Eso es lo que te digo: si está en una nube, lo que impide que caiga a la tierra es que se vuelve a evaporar. Pero si está en una niebla, que es solo una nube baja, entonces vuelve a caer a la tierra o es arrastrada a un lugar más cálido. No hay nada que impida que caiga a la Tierra. Sucede que es arrastrado ligeramente hacia arriba porque hay una corriente ascendente neta de aire, y cae a su velocidad terminal, que es muy baja: pero no hay nada más que le impida caer a la Tierra.

Las minúsculas gotitas de agua tienden a caer por efecto de la gravedad. Sin embargo, como cualquier otra partícula que cae en la atmósfera, aceleran hacia abajo hasta alcanzar una velocidad terminal. Para una partícula esférica de masa metro y radio R , cayendo en un fluido de viscosidad η , la velocidad terminal, despreciando la flotabilidad, está dada por

v t = metro gramo 6 π η R .
Para una gota de aerosol de radio ≈ 10 − 6 metro esta velocidad es muy pequeña, típicamente 10 − 3 metro / s . Al mismo tiempo, las gotas son constantemente empujadas hacia arriba por las corrientes de convección, ya que el aire caliente sube.

Entonces, para resumir, realmente está cayendo, pero muy lentamente, pero hay suficientes corrientes de aire para contrarrestar eso. Entonces, si pudiéramos crear un ambiente controlado donde el aire estuviera perfectamente quieto, supongo que las gotas eventualmente caerían al suelo. Para probar eso, supongo que necesitaríamos usar esferas sólidas de la misma densidad que el agua para que la evaporación no enfríe el aire circundante y cree corrientes de convección, ¿verdad?
@ user316117 En un entorno controlado, caerían con esa pequeña velocidad terminal. De hecho, Millikan lo usó en su famoso experimento con gotas de aceite, donde encontró el valor de la carga eléctrica elemental.
La gravedad es una fuerza demasiado débil para un gran impacto en el clima. Lo más importante tiene que ver con la temperatura y la presión y el hecho de que la Tierra está

"Las partículas de agua y hielo en las nubes que vemos son simplemente demasiado pequeñas para sentir los efectos de la gravedad" . Pensé que todo siente los efectos de la gravedad.

Tienes razón y la declaración anterior es de hecho incorrecta.

La niebla, sin embargo, en realidad no 'flota'.

La niebla es una suspensión de gotas de agua muy pequeñas en el aire. Aunque las gotas experimentan la gravedad como cualquier otro objeto 'masivo', también experimentan otras fuerzas que estabilizan la suspensión. Las gotas se someten al arrastre del aire, modelado aproximadamente por la ley de Stokes , lo que reduce en gran medida su tendencia a caer.

Además, las corrientes de convección débiles en el aire (debido a las pequeñas diferencias de temperatura) también ayudan a mantener las gotas en el aire, al igual que otros tipos de corrientes de aire débiles.

Con suficiente tiempo, la niebla será dispersada por el viento o la coalescencia hará que las gotas se aglutinen y formen lluvia.

En condiciones muy estáticas y uniformes, la niebla finalmente se precipitará o disipará, incluso en ausencia de los efectos antes mencionados.

Este es el resultado del movimiento browniano .

Como sabrás, esa niebla es un coloide llamado aerosol en el que la fase dispersa es líquida y el medio en el que el líquido se dispersa en el aire.

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El movimiento browniano tiene un efecto de agitación que contrarresta la fuerza de la gravedad que actúa sobre las partículas coloidales y, por lo tanto, brinda estabilidad a los soles coloidales al no permitir que se asienten.

Cuando una gran masa de aire que contiene partículas de polvo se enfría por debajo de su punto de rocío, la humedad del aire se condensa en la superficie de estas partículas formando finas gotas. Estas gotitas, que son de naturaleza coloidal, continúan flotando en el aire en forma de neblina o niebla.

Esto realmente no responde la pregunta. El movimiento browniano es el impulsor microscópico de la difusión, pero si solo considera la gravedad y el movimiento browniano, la nube de probabilidad de su partícula aún caerá al suelo.
Sí, tienes razón... pero el movimiento browniano seguramente puede ralentizar el proceso... y a medida que las partículas descienden, se pueden formar otras nuevas y unirse al coloide...
En los días de niebla, los pastizales están húmedos... pero aún aparece la niebla...
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