Si las nubes están hechas de agua, ¿cómo permanecen en el aire?

Todo el mundo ama las nubes. Aunque son gigantes y están fuera de nuestro alcance, nos inspiran con su gran variedad de formas. Quiero decir, ¿quién no ha jugado el juego de adivinar cómo es una nube?

Por supuesto, la observación de la nube puede llevar a algunas preguntas más científicas. Si las nubes contienen agua, ¿no deberían ser más pesadas que el aire que las rodea? Y si es así, ¿por qué flotan?

Responder a esas preguntas requiere algunos pasos, así que vayamos a eso.

Si tomas un globo lleno de helio de una fiesta y lo sueltas, no se cae. Es probable que se eleve en el aire, aunque es posible que tenga un peso tan perfecto que no suba ni baje, sino que simplemente flote. A menudo lo llamamos flotar. pero como funciona?

La forma más sencilla de entenderlo es considerar el aire flotando en el aire. (Sí, el aire flota). Imagine que tiene un bloque de aire de 1 metro cúbico. El aire tiene masa, por lo que hay una fuerza gravitacional que tira hacia abajo en este aire. Si está cerca de la superficie de la Tierra, esta fuerza tiene una magnitud igual al producto de la masa de aire (m) y el campo gravitacional (g = 9,8 newton por kilogramo). Si no hay viento y el bloque de aire permanece en su lugar, entonces la fuerza total sobre él debe ser igual a cero newtons. Tiene que haber una fuerza de empuje hacia arriba que sea igual a la fuerza gravitacional. A esta fuerza de empuje hacia arriba la llamamos fuerza de flotabilidad.

La fuerza de flotabilidad es en realidad el resultado del aire alrededor del cubo que empuja contra él en todas direcciones. Dado que la densidad del aire aumenta a medida que te acercas al suelo, la fuerza del aire que empuja hacia arriba desde la parte inferior del cubo es mayor que la fuerza del aire que empuja hacia abajo en la parte superior. El resultado es una fuerza neta de empuje hacia arriba.

Si conozco la densidad del aire (ρ = 1,2 kg / m³), entonces puedo calcular la magnitud de esta fuerza de flotabilidad. (Recuerde que m = ρV, donde V es el volumen). Voy a escribir la densidad como ρ_aire para que no lo confundamos con otras cosas más adelante.