Наука для всех

О том, как теплый воздух поднимается кверху

Итак, от теплоты воздух расширяется. Расширяясь, воздух делается легче и поднимается кверху. Свое тепло воздух получает от земли: нагретая солнцем земля нагревает и воздух. В жаркий летний день теплые воздушные струйки безостановочно тянутся кверху. Когда-нибудь в знойный день, после полудня, присядьте в поле на теплую землю и смотрите по земле вдаль. Вам покажется, что и деревья, и дома, и все предметы, стоящие на краю поля, дрожат и волнуются. Они как будто сделаны из какого-то легкого вещества, которое колеблет самый нежный ветерок. Конечно, вы не подумаете, что дома и деревья в самом деле стали дрожать; это только так кажется! Дрожат не предметы, а колеблются и волнуются идущие кверху струйки теплого воздуха.

Возьмите зажженную свечу, держите ее перед собой и смотрите одним глазом на стену над ее пламенем. Как только вы начнете слегка двигать свечой, заволнуется и стена, на которую вы смотрите. Она волнуется потому, что вы смотрите на нее через дрожащие струи теплого воздуха. Этот теплый воздух поднимается от пламени свечи кверху.

Почему теплый воздух, поднимаясь кверху, остывает

Представьте себе, что вы вдруг каким-нибудь чудом очутились внутри теплой струйки воздуха, поднимающейся в жаркий день с поля, и полетели, поплыли вместе с ней кверху. Сколько интересного повидали бы вы тогда! Сколько нового узнали бы во время своего чудесного путешествия! Вот поднялись вы выше больших деревьев, которые теперь кажутся вам сверху маленькими кустиками. Какую даль теперь охватывает ваш взор… Вон виднеется между деревьями ваше село, точно кучка маленьких игрушечных домиков, а за ним, далеко-далеко, вьется пыльная дорога. Как легко и хорошо дышится в этой вышине, в чистом теплом воздухе!

Но вот вы поднялись так высоко, что уже не можете разглядеть ни села, ни деревьев. Вы почувствовали, что вам стало холодно. Дышать стало труднее. Вы стараетесь вдыхать воздух полной грудью, а воздуха все равно не хватает. Куда же девалась та чудесная теплая воздушная струйка, с которой вы поднялись от земли? Струйка эта все еще вокруг вас, но только она уже не та, что была возле земли. Она расширилась, выросла, и воздух ее сделался редким. Расширяясь, струйка сделалась холоднее. Почему же произошло с ней такое превращение? Если вы немного подумаете, то наверное поймете, в чем тут дело.

Пока ваша струйка была внизу возле земли, на нее давил весь слой воздуха, лежащий над землей. Теперь же, когда струйка поднялась, она оставила внизу самый плотный воздух. На нее теперь давит только тот воздух, который лежит еще выше нее. Давление стало гораздо слабее, и струйка расширилась. Она сделалась больше, а воздух ее стал редким.

Почему же этот воздух стал холоднее? А потому что сама струйка расширилась. Вы, вероятно, знаете, что кожа, из которой сделан поршень велосипедного насоса, укреплена так, что при вдвигании воздух не проходит под поршень и сжимается под ним, если закрыть пальцем отверстие насоса, а при выдвигании поршень не мешает воздуху проходить через него.

Попробуйте закрыть пальцем отверстие насоса и быстрым движением поршня сжать воздух насколько сможете.

Подержите воздух недолго сжатым (столько времени, сколько надо, чтобы один раз вздохнуть) и выпустите его, убрав палец с отверстия насоса. Проделайте это сейчас же еще раз 5, и вы ясно почувствуете, что та часть трубки, где сжимался воздух, нагрелась. Значит, при сжимании воздух нагревается.

Если перевернуть кожу на конце поршня и закрыть пальцем отверстие насоса, то при вдвигании она будет пропускать воздух, а при выдвигании не пустит наружный воздух войти под поршень.

Если бы каким-нибудь образом воздух струйки снова опустился на землю, то он снова бы сделался таким же теплым, какой была ваша струйка сначала.

Что делается с водяным газом воздуха, когда он поднимается кверху?

Итак, теплый воздух, поднимаясь от земли кверху, расширяется, а расширяясь, охлаждается. Ученые обнаружили, что сухой воздух, поднимаясь на каждые 100 метров, охлаждается на один градус. 101 метр составляет высота Исаакиевского собора в Петербурге. Значит, если в воздухе возле фундамента Исаакиевского собора будет 15 градусов тепла, то когда воздух поднимется кверху и дойдет до креста собора, в нем будет на один градус меньше, то есть 14 градусов. Если он поднимется вдвое выше, в нем будет 13 градусов, если втрое – только 12.

Но это еще не все… Когда вы поднялись со струей воздуха кверху, вам не только стало холодно, но показалось еще и сыро. И в самом деле, пощупайте вашу одежду: она совсем отсырела. И в этом тоже нет ничего удивительного.

Что сделается с водой, оставшейся в белье после стирки, когда белье вешают на веревку для просушки? Вода испаряется, то есть незаметно для глаз превращается в невидимый водяной пар.

В воздухе всегда есть водяной газ, или, как принято говорить, водяной пар, особенно в такой теплый летний день. Воздух постоянно пьет воду и сырость с земли. Нагреваясь, он уносит ее с собой кверху. Так и та струя воздуха, с которой вы начали свое путешествие, наверное, унесла с собой с земли часть водяного пара. Раньше, однако, вы не замечали сырости, потому что воздух был теплым. В теплом воздухе может раствориться гораздо больше водяного пара, чем в холодном. Потому-то, когда влажный воздух из кухни проходит в холодные комнаты или в сени, то заключающаяся в нем влага оседает росой на всех холодных предметах и на стенах. В кухне было тепло, весь водяной газ оставался в воздухе. В холодном помещении часть водяного пара превратилась вновь в воду и осела в виде капелек на стенах. Дохните на холодный самовар, и он запотеет, дохните на горячий, и он останется блестящим. Зимой стекла в окне потеют, когда в комнату внесли самовар, который кипит. Подойдя к холодным предметам, воздух охлаждается и часть пара, заключающегося в нем, оседает на них росой.

Но как ни холодно, как ни сыро покажется вам вверху – потерпите немного. Посмотрите, что будет дальше…

В воздухе вокруг вас произошла еще перемена. Посмотрите вокруг себя! Где тот чистый, прозрачный воздух, который был раньше? Он весь наполнен легким туманом, точно потянуло откуда-нибудь дымом. Сырость воздуха приняла вид крошечных водяных шариков. Из них состоит этот туман. Откройте дверь из кухни во двор или в холодные комнаты, и вы увидите, как во влажном воздухе кухни, сразу охладившемся, появится такой же туман. Этот же туман образуется над отверстием в крышке кипящего самовара. Если вы будете с воздухом подниматься еще выше, то легкий туман делается гуще, снизу он показался бы облаком. Все облака сначала были невидимым водяным газом, который подымался от земли вместе с теплыми струйками воздуха.

Но посмотрите-ка теперь вниз! Куда девались знакомые вам поля и рощи?! Правда, вы едва различаете землю сквозь туман. Земля далеко от вас. Но все-таки вы можете разобрать, что местность эта вам совсем незнакома. Да! Вы совсем незаметно перелетели вместе с окружающим туманом куда-то далеко от знакомых мест. Смотрите внимательно вниз! Видите вы, как бегут мимо вас и холмы, и поля, и реки! Конечно, это бегут не они, а вы сами несетесь мимо них. Вы несетесь вместе с воздухом, но не замечаете его движения. Когда вы бежите против ветра, ветер кажется вам сильнее. Когда вы бежите по ветру, он кажется слабее. Если бы вы могли бежать так скоро, как движется ветер, то не заметили бы его вовсе.

Вы полетели теперь вместе с облаком. Пока вы были внизу, ветра не было. Как только вы поднялись, вас подхватил вольный ветер. Очень редко, когда в вышине нет ветра. Ветер там дует почти всегда. Куда-то теперь он понесет ваше облако? Узнать это нелегко, недаром ветер назвали вольным! «Вольный ветер по полю гуляет»… Но не все, что говорится, бывает правдой. Люди назвали ветер вольным еще тогда, когда они не знали, почему он дует и откуда приходит.