百万吨重的乌云为啥能飘浮在天上，难道万有引力失灵了？

本文是基于回答网友提出的问题：听说云有几吨重，那它是怎么飘在空中的，万有引力岂不是失灵了？

云朵飘浮在空中，就是云朵飘浮在空气之上。这与万有引力有一定关系，但又没有多大关系。引力在地球表面表现为重力，相同质量的空气和云朵，重力是相等的。

万有引力表达式为：F=GMm/r^2。这里的G为引力常数，也就是两个1公斤物体距离一米时的引力值，约为6.67*10^−11N⋅m^2/kg^2；M和m是指两个相互发生引力作用的物体质量，单位为千克；r为两个发生引力作用的物体之间质心距离。

从万有引力公式我们可以看出，引力是一种相互作用，是两个或两个以上物体相互作用的体现；引力大小与质量大小成正比，与相互作用物体的距离平方成反比。在地球或其他天体上，引力以重力的方式呈现。

重力并不完全等同于引力，作为一个天体，质量是既定的，引力也是既定的；但由于天体自转，形成了不同纬度的离心力不一样，导致了重力的区别，纬度越高重力越大，纬度越低重力越小。但这种区别较小，地球表面重力g值通常表示为9.8N/kg。而实际情况是，在地球赤道0纬度，重力为9.79N/kg；在两极90度纬度点，重力为9.83N/kg。

也就是说，1kg物体，在赤道0纬度，引力只有9.78N；在两极90纬度点却有9.83N。

作为引力和重力来说，相同质量的云朵与空气重力是相等的。但为啥云朵能够漂浮在空气之上呢？这就涉及到浮力理论了。浮力是与重力方向相反的一种力，是指浸在流体内的物体，受到流体竖直向上的作用力，是物体在液体或气体中，各个表面受流体压力的差形成的合力。

这个理论是两千多年前的古希腊哲学家兼科学家阿基米德发现创立的，其定义式为F浮=G排，推导出公式为F浮=G排=ρ液gV排…….这些公式解释起来很繁琐，现在我想用一个简单的说法来解释，浮力的本质实际上就是在重力条件下物体密度差导致的一种现象。

密度是度量物体质量与体积之间关系的指标，符号为ρ，单位一般采用kg/m^3（千克/立方米），或g/cm^3（克/立方厘米）。在地球或其他天体重力条件下，在流体中密度越大的物体就会往下沉，反之密度越小的物体就会往上浮。

如在水中，水的密度是1000kg/m^3，而干木头密度一般在400～600kg/m^3之间，所以会浮在水面；其他比木头轻，也就是密度更小的物体就更容易浮在水面了。但有人可能会疑惑，钢铁的密度比水大多了，为什么万吨巨轮会浮在水面呢？

是的，碳钢的密度约为7850kg/m^3，比水的密度大了7.85倍，用钢铁制造的轮船为啥会漂浮呢？这里提示一下，密度是指体积与质量之间的关系，是特定物体体积内的质量度量。根据这个原理，我们想一下，轮船虽然是钢铁制造，但人们将其制造成中空很大的体积，这样从整体上密度就大大减小了。

也就是说，不管是小船还是万吨巨轮，不管是用钢铁还是其他材质制造，其体积都很庞大，比如用100000kg钢铁制造出一艘体积为1000立方米的船只，这样的船密度是多少呢？我们计算一下：100000/1000=100，也就是密度为100kg/m^3，而水的密度是1000kg/m^3，这样，船当然就能够浮起来了，而且还可以装载很多货物。

说到这，相信大家应该明白为啥云朵能够浮在空气之上了吧？

简单的说，云是地球表面庞大水循环系统导致的现象，在太阳辐射下，大地表面的水被蒸发形成水蒸气，当水汽处于过饱和状态时，水分子就会聚集在空气中的微尘周围，产生水滴或冰晶将阳光散射到各个方向，这就让我们看到多姿多彩的云朵。

水蒸气为啥会上升呢？因为饱和水蒸气的密度为0.6kg/m^3，而空气的密度约为1.29kg/m^3，这样，水蒸气当然就上升了。当这些水蒸气凝结成水珠或冰晶时，作为个体，它们的密度是大于空气的，但在水蒸气的庞大体积裹挟中，整体密度就很低了，甚至降到0.5kg/m^3以下。

另外，热胀冷缩效应导致地面的热空气不断上升，对这些小水滴和冰晶起到托举作用。在对流强烈的天气里，这些小水滴和冰晶不断的受到重力的下拉和热空气的托举上下运动，在不断碰撞中越来越大，热空气终于不堪重负无力托举了，于是就下起了暴雨或冰雹。

如果剖开一颗冰雹查看，就会看到冰雹的层层包裹结构，这就是在空中受到重力和热空气“操弄”不断上下翻滚的结果。

云的重量是根据云的体积来衡量的，所谓听说云有几吨重实在大大低估了，随便一朵云也有数公里大小，即便一朵一公里见方的云，按照0.5kg/m^3密度计算，也有50万吨重。而同等体积的空气则有129万吨重。这样，云团再重，也只能浮在空中，而空气只能沉在下面了。

这样解答，不知各位满意吗，欢迎讨论。

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