¿Alguna vez has mirado al cielo y te has preguntado por qué las nubes de arriba no caen? No te preocupes, aquí no hay preguntas tontas. Parece que estas masas esponjosas de gotas de agua y cristales de hielo deberían chocar contra el suelo, pero permanecen suspendidas muy por encima de nosotros. La respuesta a este misterio radica en la física de la atmósfera, y es una historia fascinante que involucra todo, desde la temperatura y la presión hasta las propiedades de las moléculas de agua.
El nacimiento de una nube: cómo se unen las moléculas de agua
Antes de sumergirnos en por qué las nubes no caen, primero echemos un vistazo más de cerca a cómo se forman en primer lugar. Las nubes nacen cuando las moléculas de agua en el aire se unen para formar pequeñas gotas o cristales de hielo. Este proceso se llama condensación y ocurre cuando el aire cálido y húmedo sube y se enfría, lo que hace que el vapor de agua se condense en gotitas de agua visibles. Para que esto suceda, la parcela de aire debe estar saturada, es decir, incapaz de retener toda el agua que contiene en forma de vapor, por lo que comienza a condensarse en forma líquida o sólida.
La temperatura a la que se produce la condensación depende de la cantidad de humedad en el aire. Si el aire está muy húmedo, la condensación puede ocurrir a una temperatura más alta que si el aire está seco. Esta es la razón por la que a menudo ves formarse nubes en los días cálidos y húmedos.
La condensación ocurre con la ayuda de pequeñas partículas que flotan en el aire, como polvo, cristales de sal del rocío marino, bacterias o incluso cenizas de volcanes.
Una vez que se han formado las gotas de agua o los cristales de hielo, comienzan a crecer a medida que chocan entre sí. Eventualmente, se vuelven lo suficientemente grandes como para ser visibles a simple vista y nace una nube.
Por qué las nubes se mantienen a flote
Las nubes están hechas de aire y cristales de agua, que juntos deberían ser más densos que el aire. Sin embargo, las nubes aparentemente flotan, desafiando la gravedad, aunque los objetos más densos deberían hundirse. Además, algunas nubes pueden volverse muy, muy pesadas. Una nube de tamaño modesto, digamos de aproximadamente un kilómetro de diámetro, tiene la misma masa que un avión jumbo B-747.
Pero si ese es el caso, ¿por qué no caen las nubes? Eso se debe a que técnicamente se hunden en el aire circundante; es solo que lo hacen a un ritmo tan pequeño que, para todos los propósitos y propósitos prácticos, flotan.
Ya en el siglo XVI, Galileo Galilei demostró que todos los objetos caen libremente a la misma velocidad, independientemente de su masa, pero solo en el vacío. Mientras que la fuerza de la gravedad empuja hacia abajo un objeto, obligándolo a caer hacia su superficie, las partículas de aire con las que choca en el camino hacia abajo también ejercen una fuerza en la dirección opuesta. Esto se conoce como resistencia del aire o “arrastre”.
La resistencia del aire se ve enormemente afectada por la forma del objeto. Cuanto más aerodinámico es un objeto, menor es la resistencia del aire. Es por eso que los aviones de combate son lo más estrechos posible. Por el contrario, los mismos principios explican por qué un paracaidista puede aterrizar con seguridad con la ayuda de un paracaídas, que distribuye la masa sobre una gran superficie. Dado que una nube está tan dispersa sobre un área grande, su resistencia al aire es enorme.
Y además de la resistencia del aire, hay otra fuerza que sostiene las nubes: la convección del aire que crea una fuerza ascendente.
Esta fuerza ascendente es creada por los gradientes de temperatura y presión dentro de la atmósfera. A medida que el aire asciende, se enfría, lo que hace que el vapor de agua se condense en gotas visibles o cristales de hielo. Esto libera calor en el aire circundante, lo que hace que se vuelva más cálido y menos denso que el aire que lo rodea. Este aire cálido y menos denso sube, creando una fuerza ascendente que ayuda a mantener la nube en el aire al anular la ligera velocidad de caída de la nube. Además, la condensación del aire ascendente contribuye a la supervivencia y el crecimiento de la nube al agregar nuevo vapor de agua.
Entonces, mientras que las nubes contienen una gran cantidad de cristales de agua y gotitas que son técnicamente más densas que el aire circundante, esta agua se esparce tan delgada por millas que el efecto de la gravedad se vuelve insignificante. Además, si hay una fuerte corriente ascendente, la nube puede retener la altitud prácticamente indefinidamente hasta que se disipa debido al aumento de la temperatura, la nube se mezcla con aire más seco o cuando todo el frente de aire se hunde con la nube.
Fuente: Why clouds don’t fall: the physics behind the sky’s fluffy wonders