اگر هوای گرم بالا می‌رود، چرا در قله‌ کوه‌ها هوا سرد است؟

به گزارش خبرگزاری الخبرآنلاین و به گزارش زومیت، بالا آمدن هوای گرم یکی از معروف ترین اصول فیزیک است. اگر در خانه ای با بیش از یک طبقه زندگی می کنید، می دانید که تهویه مطبوع برای بقای ساکنان بالای پله ها چقدر مهم است، اما برای ساکنان طبقه همکف چندان ضروری نیست. با این حال، قله‌های کوه اولین مکان‌هایی هستند که برف می‌بارند و ممکن است در طول سال پوشیده از یخ باشند. این تناقض ظاهری ممکن است به چشم بسیاری از مردم رسیده باشد.

چرا هوای گرم بالا می آید؟

دمای گاز معیاری از انرژی جنبشی اتم ها یا مولکول های سازنده آن است. انرژی بیشتر به معنای حرکت سریعتر است. اگر گاز در یک ظرف جامد مانند مخزن به دام افتاده باشد، این به معنای فشار بیش از حد است. اما اگر ظرف کشسان باشد (مانند بادکنک)، فشار اضافی روی مواد آن را به سمت بیرون می راند و باعث انبساط بادکنک می شود. از آنجایی که همان مقدار ماده در یک منطقه بزرگتر است، بالون سبک تر است و بالای گازهای اطراف شناور است.

بدون بالون، هوای گرم همین کار را می کند. این بدان معنی است که آنها منبسط می شوند، فضای بیشتری را پر می کنند و در بالای هوای سرد زیر شناور می شوند. در یک فضای بسته، هوای گرم تا زمانی که سقف آن را به دام می اندازد بالا می رود و لایه گرم تری در طبقه بالا ایجاد می کند.

چرا معمولاً با افزایش ارتفاع هوا سردتر می شود؟

ممکن است انتظار داشته باشید که در فضای باز هم همین اتفاق بیفتد. از این گذشته، نور خورشید زمین را گرم می کند و هوای اطراف را گرم می کند، بنابراین هوای گرم بالا می رود. شما می توانید تأثیر این پدیده را در روزهای آفتابی و بدون باد ببینید که در آن پرندگان شکاری یا خلبانان گلایدر می توانند ساعت ها با انرژی کم با استفاده از هوای گرم اطراف پرواز کنند. البته نباید نتیجه بگیریم که می توانیم بدون پوشیدن لباس گرم به ارتفاعات برویم یا در آسمان اوج بگیریم، زیرا ممکن است در معرض هوای بسیار سرد قرار بگیریم.

در فضای باز چیزی برای محدود کردن هوا وجود ندارد. هوای گرم منبسط می شود و فشار اتمسفر دور از سطح زمین کاهش می یابد. از سوی دیگر، گرانش بیشتر اتمسفر را نزدیک زمین نگه می دارد، بنابراین هر چه بالاتر می روید، ذرات بیشتر پراکنده می شوند و فشار کمتر می شود.

با افزایش هوای گرم، فشار کمتری را تجربه می کند و بیشتر منبسط می شود. این انبساط باعث خنک شدن آن می شود. راه های مختلفی برای تفکر در این مورد وجود دارد.

یک دیدگاه این است که وقتی گاز منبسط می شود، کار می کند (مانند موتورها) و انجام کار به معنای از دست دادن انرژی است. دما معیاری برای سنجش انرژی جنبشی است و از دست دادن انرژی باعث خنک‌تر شدن گاز می‌شود.

دیدگاه دیگر این است که با پراکندگی ذرات بیشتر، ذرات جذب شده به یکدیگر انرژی بالقوه بیشتری به دست می آورند. از آنجایی که انرژی نه می تواند ایجاد شود و نه از بین می رود، این انرژی پتانسیل باید از جایی به دست آید و در این صورت از کاهش انرژی جنبشی ذره یعنی دمای آن می آید.

اما نه همیشه و برای همیشه

با بالا رفتن از جو، دما برای همیشه و به طور نامحدود کاهش نمی یابد. اگر اینطور بود به زودی به صفر مطلق می رسیدیم. در عوض، در مرز بین تروپوسفر و تروپوپوز (حدود 12 کیلومتر بالاتر از سطح زمین)، دما تثبیت می شود و سپس دوباره به منفی 60 درجه سانتیگراد می رسد. پس از آن، روند دما دوباره معکوس می شود. علت این تغییرات دما برای بحث در این مبحث بسیار پیچیده است، اما به طور کلی به عواملی مانند ترکیب متفاوت گازها و طول موج تابش آنها بستگی دارد.

گاهی اوقات یک پدیده وارونگی حرارتی رخ می دهد که در آن دما با افزایش ارتفاع افزایش می یابد. هوا در ارتفاعات بالا می تواند پایین بیاید و سقفی را تشکیل دهد و هوای گرم را در زیر آن به دام بیندازد. در چنین شرایطی با افزایش ارتفاع هوا گرمتر می شود. چنین وارونگی هایی می تواند خطرناک باشد زیرا می تواند به کوهنوردان احساس امنیت کاذب در مورد دما بدهد. علاوه بر این، آنها آلودگی را در زیر آن به دام می اندازند که می تواند برای روزها باقی بماند.

ادعای زمین خواری تختیان

شواهد بسیار خوبی برای حمایت از کروی بودن زمین وجود دارد. اما سرد شدن هوا با افزایش ارتفاع یکی از شواهد غیرمستقیم این مشکل است. هر چه در طول روز در جو بالاتر باشید، به خورشید نزدیکتر خواهید بود. یونانیان باستان فکر می کردند که این بدان معناست که با افزایش ارتفاع، هوا نیز افزایش می یابد. اما فاصله زمین و خورشید به قدری زیاد است که نزدیک شدن به آن چند صد متر یا حتی چند کیلومتر تفاوت محسوسی در دما ایجاد نمی کند.

با این حال، اگر به اندازه کافی خوش شانس نباشید که توسط زمینی های مسطح گرفتار شوید، آنها ادعا می کنند که خورشید در فاصله 150 میلیون کیلومتری ما با اندازه گیری ستاره شناسان قرار ندارد. در عوض، آنها ادعا می کنند که خورشید خیلی نزدیک و خیلی کوچک است. اما اگر خورشید از قبل تا این حد نزدیک باشد، ارتفاعات بالاتر به معنای نزدیک‌تر شدن به خورشید و دمای بالاتر است.

227227