5.2: ¿Reconoces estas nubes, gotas y copos de nieve?
- Page ID
- 88904
Las nubes han fascinado a la gente durante milenios, pero no fue hasta 1802 que Luke Howard clasificó por primera vez las nubes con los términos que se usan hoy en día. Su esquema de clasificación se formalizó más tarde en el siglo XIX y tiene 10 tipos básicos de nubes con muchas variaciones menores (ver figura a continuación).
Crédito: Wikipedia
¡Nubes!
Este sitio web contiene una buena descripción general de los tipos de nube con descripciones e imágenes adjuntas. ¡Echa un vistazo a algunas de sus increíbles fotos!
La NOAA y la NASA elaboraron este exhaustivo Sky Watcher Chart que describe una amplia variedad de formaciones de nubes.
La física de las nubes va más allá de la clasificación de las nubes para determinar los mecanismos físicos y químicos reales que crean nubes y causan su evolución a lo largo del tiempo. Hay dos aspectos de la física de las nubes. Una es la física en la escala de nubes, que es de decenas a cientos de metros de tamaño. Esta física está impulsada en parte por el comportamiento en el entorno de la nube, como la cizalladura del viento o la ubicación de un frente, y determina la evolución de la nube y el tamaño y la forma de la nube. Toda esta acción, sin embargo, no es posible sin la física que se está produciendo en la microescala, que es de menos de unos pocos centímetros de tamaño.
Esta lección trata principalmente de la física que ocurre en la microescala y a menudo se llama microfísica de nubes. Ahora que está familiarizado con los conceptos de termodinámica y vapor de agua, estamos listos para mirar los fundamentos de la microfísica de las nubes. Comprender la física a escala de nubes requerirá una comprensión de la dinámica atmosférica y la turbulencia, que se introducen en lecciones posteriores de este curso.
Una nube se define como una suspensión (visible) de pequeñas partículas en la atmósfera. Para una nube de agua, hay una serie de tipos de partículas que nos interesan.
Crédito: W. Brune (después de Lamb y Verlinde)
Tenga en cuenta el amplio rango en tamaño, volumen y número de partículas en la figura anterior. Los más pequeños, los núcleos de condensación de nubes (CCN), pueden tener bastante poco vapor de agua y están compuestos por sustancias a las que se puede unir el agua (llamadas hidrófilas, amantes del agua). Las otras partículas crecen añadiendo moléculas de agua pero aún contienen el CCN original sobre el que se formaron.
Podemos especificar la cantidad de agua que está en forma líquida usando el contenido de agua líquida (LWC). El contenido de agua líquida se puede definir como:
\[L W C=\omega_{L}=\frac{\text { mass of liquid water }}{\text { volume of air }}, \quad\) units \(=g m^{-3}\]
Los LWC típicos son 0.1- 0.9 g m -3, pero algunos g m -3 son posibles para condiciones más húmedas.
Ejercicio
Una caída de nube es típicamente de 10 µm de diámetro, mientras que una gota de lluvia, que proviene de una colección de gotas de nube, es típicamente de 1 mm (1000 µm) de diámetro. ¿Cuántas gotas de nubes se necesitan para hacer una gota de lluvia?
- Haga clic para obtener la respuesta.
-
RESPUESTA: Encuentra el volumen de la gota de la nube y el volumen de la gota de lluvia y luego averigua cuántas veces más grande es la gota de lluvia. La respuesta es la cantidad de gotas de nubes que se necesitan para hacer una gota de lluvia.
\[n_{\text {cloud}} V_{\text {cloud}}=V_{\text {rain}}\]
\[n_{\text {cloud}}=\frac{V_{\text {rain}}}{V_{\text {cloud}}}=\frac{4 / 3 \pi\left(r_{\text {rain}}\right)^{3}}{4 / 3 \pi\left(r_{\text {cloud}}\right)^{3}}=\left(\frac{r_{\text {rain}}}{r_{\text {cloud}}}\right)^{3}=\left(\frac{1000}{10}\right)^{3}=10^{6}\]
Entonces vemos que se necesita alrededor de un millón de gotas de nubes para hacer una gota de lluvia. Así, 10 9 gotas de nubes por m 3 de nube deberían hacer alrededor de 10 3 gotas de lluvia por m 3 de nube. Esto es sobre el número por m 3 que se observan.
Quiz 5-1: Gotas de nube y masa líquida.
- Encuentra Cuestionario de práctica 5-1 en Lienzo. Puedes completar este cuestionario de práctica tantas veces como quieras. No está calificado, pero le permite verificar su nivel de preparación antes de realizar el cuestionario calificado.
- Cuando sientas que estás listo, toma Quiz 5-1. Se te permitirá realizar este cuestionario solo una vez. ¡Buena suerte!
Forma de cristal de hielo para diferentes temperaturas y diferentes niveles de exceso de densidad de agua. El exceso de vapor de agua es la cantidad de vapor de agua sobre la cantidad de vapor de agua de saturación. Esta situación puede ocurrir a medida que el aire se levanta y la temperatura (y por lo tanto la presión de vapor de saturación) desciende más rápido que el vapor de agua puede depositarse en el hielo
- Haga clic para obtener una descripción de texto de la imagen de los cristales de hielo.
-
Formas de cristal de hielo para diferentes temperaturas: Columnas: rosetas de bala (por encima de la línea de saturación líquido-agua), columnas huecas, columnas sólidas Placas: dendritas (por encima de la línea de saturación líquido-agua), cristales estelares, placas de ramificación ancha, placas sectoriales, placas sólidas Columnas: agujas (en línea de saturación líquido-agua), Placas de columnas sólidas
Crédito: W. Brune (después de Lamb y Verlinde)
Hábitos de cristal de hielo en función de la temperatura y exceso de vapor de agua (es decir, vapor de agua mayor que el vapor de agua de saturación).
Crédito: bkaree1 vía flickr
La próxima vez que nieva, atrapa copos de nieve en una superficie fría y míralos bien. Su forma te dirá mucho sobre el entorno en el que se formaron. En State College, muchas veces vemos placas con amplias ramas y a veces vemos dendritas, diciéndonos que los copos de nieve se formaron a altitudes en la nube donde la temperatura estaba entre -22 o C y -8 o C y el exceso de vapor de agua era grande.
El siguiente video (3:52) titulado “Snowflake Safari” da una explicación simple de la formación de copo de nieve y muestra algunas bonitas imágenes de diferentes formas de copo de nieve.
Safari en Copo de Nieve
- Haga clic aquí para ver la transcripción del video de Snowflake Safari.
-
FLORA LICHTMAN: Claro que hay trineo, muñecos de nieve, esquí, pero una tormenta invernal también puede significar safari. KEN LIBBRECHT: Realmente solo necesitas un día nevado. Toma una lupa, sal, hay todo tipo de cosas diferentes que puedes ver. FLORA LICHTMAN: Ese es Ken Libbrecht, el físico de Caltech que también resulta ser un experto en copo de nieve. Ha estado cazando escamas durante años y documentándolas antes de que se derritan con esta plataforma de cámara de microscopio. KEN LIBBRECHT: Mi viaje con eso la parte difícil es conseguirlo a través de la seguridad aeroportuaria. FLORA LICHTMAN: Los cristales de nieve vienen en aproximadamente 35 sabores, dice Libbrecht. Algunos más comunes que otros por supuesto. KEN LIBBRECT: Las dendritas estelares son bastante comunes como copo de nieve de centro comercial estándar con seis ramas. FLORA LICHTMAN: Luego está la variante de dendritas estelares parecidas a helechos. KEN LIBBRECHT:... y se ven como helechos un poquito. FLORA LICHTMAN: También son comunes... KEN LIBBRECHT:.. agujas, columnas. Una de mis favoritas son las columnas tapadas. FLORA LICHTMAN: Que parecen una especie de satélite o... KEN LIBBRECHT:... dos ruedas sobre eje. Desafortunadamente, lo más común que encontrarás es una especie de junky buscando nieve que parece arena. FLORA LICHTMAN: El menos común, el pájaro carpintero pico de marfil de los copos de nieve es grande... KEN LIBBRECT:... cinco milímetros de diámetro y muy bien simétricos con muchas marcas intrincadas. Esos son realmente preciosos y difíciles de encontrar. FLORA LICHTMAN: Pero puedes aumentar tus posibilidades si buscas puntos calientes de copo de nieve. KEN LIBBRECHT: El norte de Ontario es un buen lugar. Vermont y Michigan y yo hemos estado ahí. El norte de Japón en realidad es bastante bueno. Estoy ansioso por intentar ir a Siberia. FLORA LICHTMAN: Ver ciertas condiciones criar mejores cristales. KEN LIBBRECHT: La mejor temperatura ronda los cinco grados Fahrenheit. A veces aunque se puede ver que son muy bonitos cristales justo debajo del punto de congelación. FLORA LICHTMAN: Ok una pequeña reseña de donde vienen los copos de nieve. Nacen en las nubes. Todo comienza con una mota de polvo o bacteria. KEN LIBBRECHT: Gunk en el aire. FLORA LICHTMAN:... y la mugre flota alrededor de la nube. KEN LIBBRECHT:... por media milla. FLORA LICHTMAN: Recogiendo moléculas de agua. KEN LIBBECHT: Luego barajan un poco hasta encontrar el lugar adecuado para sentarse y que las moléculas de agua mismas están alineadas en la matriz hexagonal. Ahí es donde se genera el orden. FLORA LICHTMAN:... y ese orden es lo que lo convierte en un cristal. KEN LIBBRECT:... y a medida que crece los puntos del hexágono sobresalen un poquito en el aire así que cada una de las seis esquinas brota y brazo y esa es una de las cosas que estamos tratando de entender en detalle cómo crecen los cristales. FLORA LICHTMAN: Los detalles de ese crecimiento están determinados por el microambiente, el copo se encuentra, a medida que viaja a través de la nube. KEN LIBBRECHT: La humedad es baja los cristales crecen lentamente y la humedad es alta van rápido. FLORA LICHTMAN: En otras palabras, la identidad de las escamas está determinada por el entorno en el que crece y debido a que dos cristales de nieve no son probables que sigan exactamente el mismo camino, no es probable que encuentres dos de la misma escama exacta. Justo cómo el medio ambiente afecta el crecimiento de los cristales es algo que Librecht estudia en el laboratorio, cultivando sus propios copos de nieve. KEN LIBBRECHT: A estos diseñadores los llamamos copos de nieve. Puedes hacer una especie de acceso telefónico a lo que quieras. FLORA LICHTMAN: Dale el ambiente adecuado y algo en lo que crecer y se construirá solo. KEN LIBBRECT: Un muy buen ejemplo de cómo las estructuras realmente complicadas surgieron espontáneamente no vivas prueban el ADN ni nada por el estilo de ese código genético. Simplemente sucede. Para entender más sobre cómo funciona podremos usarlo para algo o por lo menos solo entenderemos cómo funciona. FLORA LICHTMAN: Feliz año nuevo. Para el Viernes de Ciencia, soy Flora Lichtman.
Crédito: SciFri
Actividad de Discusión: Identificación de Nube
(3 puntos de discusión)
Es hora de mirar hacia el cielo para observar las nubes. Durante la semana siguiente, tome fotografías de nubes e identifique las nubes en las imágenes. Intenta enfocarte en un solo tipo de nube por imagen. Envíe una imagen que represente al menos un tipo de nube.
Subirás cada imagen en su propio post. Debes incluir lo siguiente en tu post:
- tu nombre
- la ubicación de la imagen
- la fecha y hora de la foto
- su identificación de la nube
- su razonamiento para la identificación en una frase o frase corta.
Copia y pega tu foto en el buzón. Aquí se puede acceder a las instrucciones sobre cómo incrustar una imagen en tu publicación.
- Puedes acceder al Foro de Discusión de Identificación de Nube en Canvas.
- Publica tus fotos de nubes con su identificación utilizando el formato descrito anteriormente.
- ¡Que la conversación siga adelante! Comenta al menos el post de otra persona. Tu comentario debe incluir preguntas de seguimiento y/o razonamiento para una identificación alternativa de las nubes en el post.
Esta discusión valdrá 3 puntos de discusión. Utilizaré la siguiente rúbrica para calificar su participación:
Rúbrica de calificación de actividad de discusión
| Evaluación | Explicación | Puntos Disponibles |
|---|---|---|
| No Finalizado | El alumno no completó la tarea antes de la fecha de vencimiento. | 0 |
| El estudiante completó la actividad con la minuciosidad adecuada. | La publicación responde a la pregunta de discusión de una manera reflexiva, incluyendo algo de integración del material del curso. | 1 |
| El estudiante completó la actividad con atención adicional para defender su posición. | La publicación responde a fondo la pregunta de discusión y está respaldada por referencias al contenido del curso, así como fuentes externas. | 2 |
| El estudiante completó una presentación bien defendida de su posición, y proporcionó un análisis reflexivo de al menos un puesto de otro estudiante. | Además de un puesto bien elaborado y defendido, el estudiante también ha participado en un análisis reflexivo o comentario sobre al menos otro puesto de estudiante también. | 3 |