لماذا تتواجد السحب على ارتفاعات عالية ويمكن أن تنزل إلى سفوح الجبال أو التلال خلال موسم الأمطار؟

هل تساءلت يومًا لماذا تبقى السحب عالية في السماء ثم تهبط إلى سفوح الجبال والتلال خلال موسم الأمطار؟ عند حلول موسم الأمطار، قد تهبط السحب إلى سفوح الجبال والتلال ثم تعود إلى قممها. لماذا تهبط السحب، وما الذي يدفعها للصعود مجددًا؟

كثافة

لفهم ذلك، يجب أولاً فهم مفهوم الكثافة . الكثافة هي نسبة الكتلة إلى الحجم، وتُعبّر عنها رياضياً بالمعادلة ρ = m / V، حيث ρ رمز الكثافة، و m رمز الكتلة، و V رمز الحجم. على سبيل المثال، إذا كانت الكتلة = 1 كجم والحجم = 1 م³، ^فإن الكثافة = 1/1 = 1 كجم/م³ ^. وإذا كانت الكتلة = 1 كجم والحجم = 2 م³ ^، فإن الكثافة = 1/2 = 0,5 كجم/م³ ^. وبالمثل، إذا كانت الكتلة = 1 كجم والحجم = 4 م³، ^فإن الكثافة = 1/4 = 0,25 كجم/م³ ^. نستنتج من ذلك أنه إذا زاد الحجم مع ثبات الكتلة، فإن الكثافة تتناقص.

من جهة أخرى، إذا كانت الكتلة 4 كجم والحجم 1 م³، ^فإن الكثافة = 4/1 = 4 كجم/م³ ^. وإذا كانت الكتلة 2 كجم والحجم 1 م³، ^فإن الكثافة = 2/1 = 2 كجم/م³ ^. وبالمثل، إذا كانت الكتلة 1 كجم والحجم 1 م³، ^فإن الكثافة = 1/1 = 1 كجم/م³ ^. نستنتج من ذلك أنه إذا ظل الحجم ثابتًا بينما انخفضت الكتلة، فإن الكثافة تنخفض أيضًا.

التمدد والضغط

هل سبق لك أن رأيت دخانًا يتصاعد من حريق؟ عندما لا تهب الرياح، يميل الدخان إلى الارتفاع. يتميز الدخان بدرجة حرارة عالية (حرارة)، مما يجعله يتمدد. هذا التمدد يزيد من حجم الدخان، ويقلل من كثافته.

كثافة الدخان أقل من كثافة الهواء المحيط، لذا يدفعه الهواء المحيط إلى الأعلى. ويحدث هذا الدفع نتيجةً لاختلاف الضغط. يستمر الدخان في الصعود حتى يتوقف في منطقة تتساوى فيها كثافة الهواء مع كثافة الدخان. وبما أن الكثافتين متساويتان، فلا يوجد فرق في الضغط.

جايا جرافيتاسي

كلما ارتفعنا فوق سطح الأرض، قلت قوة الجاذبية المؤثرة على ذلك الموقع. لذا، كلما اقتربنا من سطح الأرض، زادت كمية الهواء، بينما كلما ارتفعنا، قلت كمية الهواء. بالنسبة للحجم نفسه، تكون كتلة الهواء على ارتفاعات أعلى أقل من كتلة الهواء بالقرب من سطح الأرض. يبقى الحجم ثابتًا بينما تتناقص الكتلة، وبالتالي تقل كثافة الهواء. لذلك، كلما ارتفعنا فوق سطح الأرض، قلت كثافة الهواء.

تتواجد السحب على ارتفاع تكون فيه كثافتها مساوية لكثافة الهواء المحيط بها.

خلال موسم الأمطار، قد تهبط السحب على سفوح الجبال أو التلال لأن كثافتها تفوق كثافة الهواء المحيط. ويعود هذا الارتفاع في كثافة السحب إلى زيادة كتلتها نتيجة وجود بخار الماء، أو إلى انخفاض حجمها نتيجة انخفاض درجة حرارتها. ويشبه سقوط السحب في الهواء سقوط حجر في الماء، حيث إن كثافة الحجر أكبر من كثافة الماء.

عندما تقترب السحابة من منحدر جبلي أو تل، تتساوى كثافتها مع كثافة الهواء المحيط. وتتحرك السحب صعودًا مرة أخرى إذا كانت كثافتها أقل من كثافة الهواء المحيط. وتحدث تغيرات كثافة السحب أو الهواء نتيجة لتغيرات في الكتلة أو الحجم. يتغير الحجم بتغير درجة الحرارة، كما ذُكر في موضوع التمدد. وتتغير الكتلة بتغير محتوى بخار الماء.

إذا كنت ترغب في فهم المزيد، يُرجى دراسة مفاهيم الطفو والارتطام والغرق . يمكن أن يحدث الطفو والارتطام والغرق في سوائل مثل الماء والهواء.