“浮”在空氣中的塵埃

河北省唐縣羅莊鄉中學 趙煥哲

剛打掃干凈的房間沒幾天，用手在茶幾、桌椅等上面一摸，還是會發現手指上沾了一層灰。我們并沒有看見塵土飛揚呀，哪來的這么多灰塵？在一個晴朗的午后，我發現了這個秘密：陽光斜照進屋內，光線下面有一些小小的塵埃在自由地飛舞。

塵埃為什么會漂浮在空氣中呢？也許你會說是因為它比空氣輕。那我們來看看它的組成：這些塵埃有的是石塊、煤塊、木材、金屬小微粒，有的是織物纖維，有的是工業排放物、燃燒煙塵、土壤揚塵……總之，它們都要比相同體積的空氣重成百上千倍。所以，塵埃浮在空氣中的說法其實是不正確的。

既然塵埃在空氣中浮著是不可能的，那它就應該是在空氣的阻力下緩緩下降。這些下降的塵埃為了在空氣分子之間給自己開辟出一條道路，就必須把一些空氣分子排擠到一邊，或者吸引它們同自己一起下降，而這兩件事都需要消耗一些能量。

下面我們先看幾個重要的關系：下落物體的截面積和重量的比越大，消耗的能量也就越多；隨著物體體積的減小，它的重量要比它的截面積減小得更多；物體重量的減小和直徑尺寸的減小的立方成正比，而阻力的減小和直徑尺寸的平方成正比。

我們舉個例子就能明白。取一個直徑10厘米的大球和一個用同樣材料制成的直徑1毫米的小球。因為10厘米是1毫米的100倍，所以這兩個球的直徑尺寸之比是100∶1。小球在重量上只有大球的1/1003，即百萬分之一；而它在空氣中降落時所遭遇的空氣阻力卻有大球的1/1002，即萬分之一。因此很明顯地可以判斷出，小球要比大球降落得緩慢。

簡單地說，塵埃之所以能夠漂浮在空氣中，是因為它微小，在氣流的作用下能夠在空氣中飄翔著，而不是因為空氣的浮力將其托舉在其中。生活中我們見到的用降落傘下降的人，他的緩慢下降也是屬于同一現象。但是有些重量較大的物體在下降的時候，我們并不會感覺到空氣阻力的作用，這是因為它的重力遠遠超過了阻力對它的作用。

那在同一個地方，是空房子中灰塵落得多，還是有人住的房子中灰塵落得多呢？你可能感覺是有人住的房子中灰塵落得多。其實從上面的解釋中就可以看出，你的想法是錯誤的。在人走得多的房間里會比在無人居住的房間里灰塵落得少，而且白天會比晚間落得少，因為塵埃的降落會被空氣中產生的漩渦氣流所阻礙，而這種氣流在無人走動的安靜空間中，幾乎是不存在的。

云之所以“浮”在天上，也是同一原因。直徑0.001毫米的水滴在空氣中以每秒0.1毫米的速度勻速落下，只要有小到簡直不容易感覺到的空氣流，就可以妨礙這種緩慢的降落。云其實是無數極小而密集的水滴的聚集，這些水滴雖然比同體積的空氣重800倍，但仍然幾乎不會降落，它們只是用極難察覺的速度向下沉落，因為它們的面積比重量大了許多。

不過，要是在真空中，塵埃和云會像沉重的石塊一樣急速地落下。