Инженерная олимпиада 2024, 11 класс, задача 5

Решение.

Поскольку воздух прозрачен для солнечного излучения, он нагревается только от поверхности земли, которая нагревается, поглощая солнечное излучение. В результате воздух вблизи поверхности земли расширяется, у него уменьшается плотность, и он «всплывает» (по закону Архимеда) в окружающем более холодном воздухе. Рассмотрим такую «всплывающую» порцию воздуха. Поскольку давление воздуха уменьшается с увеличением высоты над поверхностью земли, то уменьшается и давление рассматриваемой порции воздуха. А так как обмениваться теплом с окружающим воздухом он не успевает, с ней происходит адиабатическое расширение с уменьшением температуры. В результате при определенной высоте над поверхностью земли температура «всплывающего» воздуха достигает точки росы и происходит конденсация пара в маленькие капельки воды - образуются облака. Таким образом, конденсация пара происходит при строго определенной высоте, а потому нижняя поверхность облаков - плоская. Естественно, граница конденсации зависит от влажности воздуха и температуры, поэтому в разные дни граница облаков может оказаться на разной высоте над землей.

При конденсации пара выделяется тепло, что приводит к небольшому повышению температуры окружающего воздуха, и, следовательно, внутри облака возникают восходящие потоки, которые поднимают сконденсировавшиеся капельки воды на разную высоту. Именно поэтому верхняя граница облаков - не резкая, а похожа на восходящие клубы тумана.