Titta

UR Samtiden - Molnens gåta

UR Samtiden - Molnens gåtaDela
  1. Visst lärde vi oss i skolan
    hur det kommer sig att det regnar?

  2. Är det inte så
    att vattenånga stiger upp-

  3. -och den kondenserar till små partiklar
    som svävar bland molnen.

  4. Kondensationskärnor
    kallar vi dem för.

  5. På så sätt bildas väldigt små
    vattendroppar. Mikrometerstora, bara.

  6. En tusendel av en millimeter, alltså.
    Så små är de.

  7. Och de här dropparna faller ner,
    och så blir det regn.

  8. Men här blir det lite suddigt-

  9. -för när man tittar på en
    så liten droppe måste man fråga sig:

  10. Vilka krafter är det egentligen
    som påverkar den?

  11. Det är förstås tyngdkraften
    som drar ner droppen.

  12. Men det finns en kraft som är
    mycket viktigare: friktionskraften.

  13. Det är kraften med vilken luften
    tar droppen med sig.

  14. Ibland kallas friktionskraften
    "sked genom honung"-kraften-

  15. -för att friktionskraften
    beror på droppens hastighet-

  16. -på samma sätt
    som det blir trögare och trögare-

  17. -att dra en sked genom honung
    ju fortare man drar den.

  18. Det är friktionskraften som verkar på de
    små dropparna, och det visar sig-

  19. -att hos små droppar är friktions-
    kraften större än tyngdkraften.

  20. Vad innebär detta? Jo, att de små
    dropparna svävar omkring i molnet.

  21. Ingen kan falla ner överhuvudtaget.

  22. Slutsatsen man drar då är att...

  23. ...det kan inte regna från moln.
    Om det inte händer nåt annat.

  24. Och ett sätt skulle kunna vara
    att dropparna växer sig större-

  25. -så att tyngdkraften
    blir större och större-

  26. -så att den blir större än friktions-
    kraften, så dropparna kan falla ner.

  27. Ingen förstod varför dropparna växte och
    började falla ner.

  28. Ett olöst problem. Och då
    är problemet turbulensen i molnen.

  29. I många moln, särskilt moln
    som har lätt att bilda regn-

  30. -är luftrörelsen turbulent.

  31. Luft rör sig upp när det är varmare
    och ner när det är kallare.

  32. Då bildas
    en kilometerstor konvektionscirkel-

  33. -men den bryts ner i molnen
    i små, mindre cirklar-

  34. -ännu mindre virvlar...

  35. I turbulentmoln rör sig luft i virvlar
    som kan vara kilometerstora-

  36. -eller så små som en bråkdel
    av en millimeter, faktiskt.

  37. På så sätt bildar luften ett
    väldigt komplicerat rörelsemönster-

  38. -som nästan ser slumpmässigt ut.

  39. Samtidigt känner vi till...

  40. ...alla ekvationer som beskriver
    hur luften och dropparna rör sig.

  41. Tyvärr har ingen kunnat lösa dem
    när det är turbulens.

  42. Så här har vi ett problem.

  43. Det går inte att räkna fram
    vad som händer med hjälp av datorer.

  44. Inte heller med matematik går det att
    räkna fram, så man måste förenkla.

  45. Det är det en teoretisk fysiker gör.

  46. Vi försöker förenkla
    så att vi kommer till en modell-

  47. -som är så enkel
    att vi kan beskriva vad som händer-

  48. -men tillräckligt noggrann
    så att alla viktiga aspekter är med.

  49. Vi tänker oss många små vattendroppar
    som kastas omkring-

  50. -i turbulent luftflöde, i ett moln.

  51. Och vi antar att dropparna är så små-

  52. -att de inte påverkar flödet
    eller varandra.

  53. Att de inte interagerar, det finns inga
    krafter alls mellan dem-

  54. -att de inte känner varandra,
    förutom om de kolliderar.

  55. De påverkar inte varandras rörelser
    om de inte kolliderar.

  56. Och till slut,
    och det är det viktigaste, antar vi-

  57. -att rörelsen bara är slumpmässig.

  58. Vi försöker inte ens lösa turbulensens
    gåta, det är för svårt.

  59. Och om man har en så enkel modell -
    vad händer då?

  60. Det har faktiskt Einstein
    tittat på, 1905.

  61. Det är nämligen så att i modellen
    rör sig dropparna slumpmässigt.

  62. Ibland åt höger, ibland åt vänster,
    ibland upp, ibland ner-

  63. -beroende på hur friktionskraften
    på ett slumpmässigt sätt-

  64. -accelererar dem.

  65. Och det här sättet att röra sig kallas
    också för diffusion.

  66. Det var en botanist som på 1800-talet
    upptäckte detta för första gången.

  67. Robert Brown tittade med mikroskop-

  68. -på rörelsen av små partiklar
    i pollenkorn, och såg att de rör sig.

  69. Slumpmässigt. På den tiden trodde man
    att det kanske berodde på att något-

  70. -är vid liv inne i pollenkorn,
    och man...

  71. ...gjorde stora experiment för att
    ta reda på om partiklarna tröttnade.

  72. Det gjorde de inte. Einstein förklarade
    att partiklarna rör sig-

  73. -för att de kolliderar med luftens
    molekyler, på ett slumpmässigt sätt.

  74. Precis på samma sätt
    som de små vattendropparna rör sig.

  75. Det är kollisionerna som ger upphov till
    friktionskraften, faktiskt.

  76. Om vi nu tittar på olika partiklar som
    rör sig slumpmässigt-

  77. -några åt vänster, några åt höger-

  78. -vad händer då om vi har många partiklar
    på ett ställe på lång sikt?

  79. De kommer att spridas ut jämnt.

  80. Några kommer att röra sig
    åt det hållet, andra åt det hållet.

  81. Men när de studerade modellen närmare
    visade det sig att så inte är fallet.

  82. De här små partiklarna
    bildade linjeformade mönster-

  83. -som om det fanns
    en attraktionskraft mellan dem-

  84. -men vi analyserar ju vår modell-

  85. -och det finns ingen kraft
    mellan partiklarna.

  86. Ändå formade de mönster.

  87. Så det fanns vissa ställen
    där partiklarna fanns nära varandra-

  88. -och det är viktigt
    när det gäller kollisioner-

  89. -för om de är väldigt nära varandra
    kolliderar de oftare också.

  90. Och det är en väldigt viktig aspekt.

  91. Just frågan om hur regn bildas och hur
    små droppar kan växa sig fram.

  92. För om de kolliderar oftare kan de växa
    snabbare genom kollisioner.

  93. Jag ska visa ett experiment
    som förklarar mekanismen.

  94. Och så här går analogin...
    Jag tog några mynt med mig.

  95. Det här är partiklarna
    eller regndropparna.

  96. De här korten står för
    luftens slumpmässiga rörelse.

  97. Jag vet inte om experimentet
    kommer att gå bra. Det får vi se sen.

  98. För säkerhets skull lägger jag ut
    så många kort som möjligt.

  99. Okej, det räcker.

  100. Nu tar vi dropparna. De är slumpmässigt
    fördelade i luften.

  101. Kanske här...

  102. Nu behöver vi något
    som föreställer friktionskraften.

  103. En regel som bestämmer
    hur dropparna eller mynten rör sig.

  104. Varje kort har en valör,
    säger man så?

  105. Och just detta avgör
    hur mynten på kortet ska röra sig.

  106. Om myntet ligger på en trea
    ska det röra sig tre kort framåt.

  107. För att undvika att...

  108. I molnen tar slumpen aldrig slut,
    men mina kort tar ju slut.

  109. Så för att undvika
    att det ställer till med problem-

  110. -antar jag att ess har valör 1-

  111. -och att knekt, drottning och kung
    också har valör 1.

  112. Då rör de sig inte så långt,
    så då kanske korten räcker.

  113. Okej, låt oss välja ett slumpmässigt
    mynt, så börjar det röra sig.

  114. Det låg på en femma, så enligt lagen ska
    det röra sig fem steg framåt.

  115. Jag räknar på tyska, annars...

  116. Sen ligger det på esset här,
    som har valör 1.

  117. Så går det vidare till knekten,
    som också har valör 1.

  118. Så ligger det på en sexa
    och rör sig sex framåt...

  119. Sen tog korten slut, tyvärr.

  120. Sen tar man en annan droppe,
    till exempel den här.

  121. Den rör sig slumpmässigt,
    på sitt eget sätt.

  122. Den låg på en fyra,
    så den ska röra sig fyra framåt...

  123. Sen ett, sen tre. Ett, sex...

  124. Och sex till...

  125. Ett, ett, fyra.

  126. Av en slump
    hamnade den på samma kort.

  127. Nu upprepar vi experimentet för att se
    vad som händer. Vi tar den.

  128. Samma princip som gör
    att mynten finns på samma kort-

  129. -gör att regndropparna finns mycket
    närmare varandra än vi först trodde.

  130. Precis samma princip,
    men det viktigaste vi kom på-

  131. -var att förstå varför detta händer.

  132. Och för att förstå detta...

  133. ...är det bäst att tänka sig
    hur två mynt rör sig.

  134. Och varje mynt rör sig slumpmässigt
    på sitt eget sätt-

  135. -och sättet hur ett mynt rör sig beror
    på...

  136. ...vilket kort den börjar ifrån.

  137. Och sen vilka kort ett mynt ser
    när det landar i sin slumpvandring.

  138. Men om man tittar på två mynt
    som rör sig...

  139. Med en viss sannolikhet händer det
    att de faller på samma kort.

  140. Och om man har två mynt på samma kort
    är de tvungna att röra sig ihop-

  141. -för det är kortets valör
    som avgör hur de rör sig.

  142. Och det är slumpen som styr
    att mynten råkar landa på samma kort.

  143. Och det är samma princip i molnen.

  144. Friktionskraften
    beror på luftens hastighet-

  145. -och om två droppar är nära varandra-

  146. -känner de av nästan samma
    turbulenta flödeshastighet-

  147. -och det leder till att de fortsätter
    att röra sig tillsammans.

  148. Nu har folk
    börjat med labbexperiment-

  149. -för att testa vår teori.

  150. Och målet med de experimenten
    är att...

  151. ...mäta dropparnas storleksfördelning
    efter en viss tid i molnen.

  152. De kolliderar, och så vidare. Och...

  153. Vi vet inte än
    hur storleksfördelningen ser ut.

  154. Nu har ju folk klimatmodeller-

  155. -så man parametriserar
    storleksfördelningarna-

  156. -men ingen har kunnat räkna fram
    hur de ser ut.

  157. Det är ett stort problem, för då vet man
    inte hur storleksfördelningen-

  158. -påverkas
    av själva klimatförändringen.

  159. Ingen som vet!

  160. Så det är en viktig fråga
    vi vill hjälpa till att besvara.

  161. Men för att avsluta
    skulle jag vilja...

  162. ...säga mycket tydligt att...

  163. ...klimatmodeller,
    när de används i minsta skala...

  164. ...då kan man använda dem för att
    beskriva några moln tillsammans.

  165. Tio kilometer stora, till exempel.
    Medan det vi tittar på-

  166. -är vad som pågår i bara
    en kubikcentimeter av ett moln.

  167. Det är det vi kan räkna fram nu.

  168. Så nästa steg är otroligt viktigt.

  169. Det är att...kunna förstå-

  170. -hur vi kan använda resultaten
    för en kubikcentimeter av ett moln-

  171. -för att förutsäga vad som händer
    i väldigt stora skalor.

  172. Det är en utmaning, så det kommer att ta
    mycket mer än tio år, tror jag.

  173. Tack!

  174. Svensktextning: Peter Forssell
    www.btistudios.com

Vill du länka till en del av programmet? Välj starttid där spelaren ska börja och välj sluttid där den ska stanna. 

Länken till ditt klipp hamnar i rutan "Länk till klipp".

UR Samtiden - Molnens gåta

Produktionsår:
Längd:
Tillgängligt till:

Vad pågår i ett moln och vilka krafter påverkar regndropparna? Detta är mer komplicerat än man kanske vill tro, men kan ändå gestaltas med bara några mynt och en kortlek. Bernhard Mehlig är fysiker och professor i komplexa system. Han berättar hur man försöker använda teorier om hur molnen beter sig på en kubikcentimeters nivå för att förutsäga molnens beteende i väldigt stora skalor. Därigenom hoppas man bidra till att svara på hur molnen påverkas av klimatförändringen. Inspelat den 25 april 2014 på Stadsbiblioteket i Göteborg. Arrangör: Göteborgs universitet.

Ämnen:
Fysik > Väder
Ämnesord:
Geofysik, Meteorologi, Moln, Naturvetenskap
Utbildningsnivå:
Högskola

Mer högskola & fysik

Spelbarhet:
UR Skola
Längd:
TittaUR Samtiden - Människan och rymden

Att prata med rymdvarelser

Går det att kommunicera med rymdvarelser? Och i så fall hur? David Dunér, professor i idé- och lärdomshistoria vid Lunds universitet, har specialiserat sig på teckenanvändandets historia och visar hur de kunskaperna kan komma till användning om vi får kontakt med främmande civilisationer. Inspelat 5 december 2013. Arrangör: Vetenskapsrådet.

Spelbarhet:
UR Skola
Längd:
TittaUR Samtiden - Nobelföreläsningar 2014

Hiroshi Amano, Fysik

Hiroshi Amano tilldelades tillsammans med Isamu Akasaki och Shuji Nakamura 2014 års Nobelpris i fysik. Han föreläser här om hur de lyckades utveckla det blå LED-ljuset, som har revolutionerat ljustekniken för dess stora användningsområde och energisnålhet. Inspelat den 8 december 2014. Arrangör: Kungliga Vetenskapsakademien.

Fråga oss