雲の発生4(クッションで寒くなる?)

断熱膨張によって温度が下がるという分かるような分からないような理屈を、クッションとボールでイメージしてスッキリさせたいと思います。

子供の頃、スーパーボールというのがありましたが、どこに投げたらよくバウンドするか考えなくても分かっていましたね。(スーパーボールって何?という方・・気にしないでください。普通のボールでいいです)

では、上記の図について順に説明していきます。

ボールを床に勢いよく投げ落としたとします。床がフローリングならボールは勢いよくAの大きさで跳ね返ります。

一方、床に柔らかいクッションを置き、そこにボールを勢いよく投げ落としたとします。この場合、ボールの勢いは弱められてBの大きさでしか跳ね返ることができません。

でも、クッションがあるとなぜボールがあまり跳ね返らないのでしょう?これは運動するボールの力の一部がクッションをへこませる力として吸収されるからではないでしょうか。

同じようにある気体の塊(気塊)が膨張する時、その気塊の空気分子(ボール)は自らの運動エネルギー(赤い矢印)の一部を周りの空気(クッション)を押し返すこと(黄色い矢印)に使います。

その分、空気分子の持つ運動エネルギー(つまり熱エネルギー)は低下し温度が下がるという説明になります。

ボールとクッションの例えで考える場合は、空気分子の動きが原因、空気の膨張と温度の低下はその結果という説明になります。

でも実際の断熱膨張は周りの気圧の低さのために生じるものです。この場合、膨張がまずあり、その結果分子の運動量の低下すなわち気体温度の低下が起きると考えることができます。

でもこの二つは同じ法則で説明できます。さらに、空気が暖められて膨張することもやはり同じ法則で説明できます。次回以降順々に考えていきますね。