霧是空氣中的水汽在一定的條件下凝結(jié)為小液滴而形成的,一般來說,當(dāng)這些懸浮的小液滴使得大氣能見度小于1公里時,就可以稱為霧了。霧滴和雨滴的主要成分都是水,所以從密度上看,它們是差不多的。
事實上,霧的沉降速度確實與密度有關(guān),但不是最主要的,相對而言,霧滴的大小才是決定其沉降速度的決定因素。
我們都知道,空氣是一種流體,雖然和液體比起來空氣很稀薄,但它也具有一定的粘度。霧滴在下降的過程中,會與空氣這種介質(zhì)發(fā)生相互作用,甚至?xí)a(chǎn)生復(fù)雜的湍流現(xiàn)象,所以與真空中的自由落體行為有很大的不同。而研究一個物體在流體中的運動,自然就需要運用流體力學(xué)了。
在流體力學(xué)中關(guān)于霧滴、雨滴、沙塵等的沉降速度計算一般使用斯托克斯定律。該定律由愛爾蘭數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家喬治-斯托克斯于19世紀(jì)50年代提出,用以描述單個球形粒子在流體中的運動規(guī)律。簡單來說,根據(jù)斯托克斯定律,大氣顆粒物的沉降速度,與顆粒物直徑的平方、顆粒物與空氣的密度差、重力加速度等成正比,而與空氣的黏度成反比。計算表面,直徑1微米的顆粒物,在大氣中的沉降速度只有每秒百分之幾毫米。直徑10微米的顆粒物,沉降速度約為每秒幾毫米。直徑100微米的顆粒物,沉降速度則可以達(dá)到每秒幾百毫米。
在空氣中凝結(jié)生成的小霧滴,粒徑一般在1-10微米左右,所以它們的沉降速度很慢,會長時間漂浮在空氣中。雨滴的直徑大約是霧滴的100倍,所以會以很快的速度下落,可以到達(dá)每秒幾米不等。
其實,霧中的部分霧滴也會因凝結(jié)、碰撞合并而變大后沉降到地表,不過,霧的消散主要還是由于氣溫升高導(dǎo)致霧滴蒸發(fā),或是由于風(fēng)速增大將霧吹散。