La precipitación

En este primer experimento, intentaremos observar de una forma general y simple por qué llueve. Algunos aspectos más concretos sobre este tema, como la formación de las gotitas de nube, se verán en el segundo vídeo.

Cosas que vas a necesitar:

• Fuente de cristal con tapa
• Agua muy caliente
• Bolsa con hielos

¿Cómo se hace el experimento?

• Vertemos agua caliente en una fuente de cristal
• Cerramos la fuente
• Colocamos unos hielos sobre la tapa superior de la fuente
• Observamos lo que sucede a medida que transcurre el tiempo

¿Qué has observado?

Al cabo de un corto periodo de tiempo desde que cerramos la fuente con el agua caliente dentro, comienzan a aparecer pequeñas gotitas de agua en la tapa de la fuente. Poco a poco la cantidad de gotitas sobre ésta es mayor y las gotitas se van juntando formando gotas más grandes. Transcurrido un tiempo, el tamaño de las gotas es lo suficientemente grande como para que comiencen a caer, es decir, a precipitar.

¿Por qué ha pasado eso?

Al haber agua muy caliente dentro de la fuente de cristal, se produce la evaporación de parte de ésta en forma de vapor de agua. Dicho vapor ha ido ascendiendo, dado que es menos denso y está más caliente que el aire seco. El ascenso se para cuando el vapor entra en contacto con la tapa fría de la fuente. Allí, el vapor de agua se condensa, formándose pequeñas gotitas. Según va pasando el tiempo, la cantidad de vapor de agua dentro del recipiente es mayor y con ello, cada vez se van formando más gotitas en la parte de arriba de la fuente. Con el paso del tiempo, las gotitas se van haciendo además más grandes, capturándose unas a otras, hasta que son lo suficientemente pesadas como para caer.

Formación de una nube

En este experimento vamos a intentar comprender de manera más clara cómo se forman las nubes y en especial, cómo crecen las gotitas de agua que las componen.

Cosas que vas a necesitar:

• Botella de plástico transparente con válvula.
• Agua caliente pero no hirviendo.
• Cerillas.
• Bomba de bicicleta.

¿Cómo se hace el experimento?

• Vertemos una pequeña cantidad de agua caliente en una botella con válvula.
• Introducimos una cerilla encendida y cerramos la botella.
• Inflamos la botella hasta que esté a bastante presión.
• Abrimos rápidamente la botella para producir una expansión súbita.

¿Qué has observado?

Al abrir la botella rápidamente, se ha formado una pequeña bruma dentro de la botella.

¿Por qué ha pasado eso?

Como sabes, una nube está compuesta de una gran cantidad de gotitas de agua, las cuales se forman por la condensación de vapor de agua procedente de la evaporación del agua de los ríos, océanos o lagos.
En nuestro experimento, la evaporación de agua se está produciendo dentro del bote procedente del agua caliente que hemos introducido.
A continuación, al abrir la botella a presión reproducimos lo que ocurre en la atmósfera cuando el aire caliente asciende. En ese ascenso, la presión atmosférica va disminuyendo y la masa de aire se expande, disminuyendo su temperatura. Al enfriarse el aire caliente y húmedo, parte del vapor de agua se condensa, formándose pequeñas gotitas.

Para que este proceso ocurra, es necesario introducir una cerilla: las partículas del humo de la cerilla se comportan como núcleos de condensación nubosa. Estas partículas facilitan la formación y crecimiento de una gotita.

When talking about precipitation, we refer to liquid or solid water that falls over the Earth's surface, but probably you are wondering: where does this water come from? How and Why this precipitation occurs? Next, we will try to answer these questions, theoretically first and experimentally afterwards.

All begins when some of the water in the surface of an ocean, a lake or a river evaporates and raises. When ascending, the air mass and its water vapor content meets lower pressure regions and it expands with the corresponding increase of volume. This expansion implies cooling to a point known as the condensation level. At this point, the water vapor condenses in droplets or little ice crystals, if the temperature is low enough, forming clouds.

Recall that clouds are not water vapor, because this is transparent and we always have it around in more or less quantity although we cannot see it. A cloud is a portion of air blurred by small droplets, or tiny ice crystals, or both.

However, water vapor condensation in water droplets or small crystals is not a simple process. For this to happen, the amount of water vapor must be large enough so the air cannot accept more vapor (the higher air temperature, the more water vapor it can content). Nevertheless, it is quite difficult for the small droplets to form under these conditions only, and in many occasions, the presence of little particles, called cloud condensation nuclei is needed to favor the condensation. This nuclei can be very tiny as in the following picture.

As small droplets collide with each other in the clouds, they start to grow getting larger. During their growing, they are hanging in the air due to two contrary forces: the action of gravity that pushes the drops to the floor, due to their weight, and the ascending air currents inside the cloud. When droplets become big enough and their weight is larger than the force due to the ascending currents, they fall from the cloud. However, it is possible that some of them do not reach the surface because they evaporate on their way. If this happens, we cannot talk about precipitation, it is “virga” instead.

Experiment: Precipitation

In this first experiment, we will try to observe why it rains in a simple and general way. Some of the more specific aspects about this, like little cloud droplets formation, can be watched in the second video.

Stuff you need

- Glass bowl with a lid
- Very hot water
- Ice in a bag

How the experiment works?

- Put the hot water in the bowl
- Close the bowl
- Put the bag with the ice on the lid
- Look what happens as time goes by

What have you observed?

After a short time period since we close the bowl with the hot water inside, little drops appear in the lid. Slowly, the amount of drops increases, and the little drops get together forming bigger ones. After a while, the size of the drops is big enough to start to fall, this is, to precipitate.

Why this has happened?

The fact of having very hot water inside the bowl produces evaporation in water vapor form. Because this vapor is less dense and it is hotter than the dry air, it ascends. The ascending stops when the vapor contacts the cool lid. There, the water vapor condenses forming little drops. As time goes by, the amount of water vapor inside the bowl is larger, and hence more drops appear on the lid of the bowl. After a while, drops get bigger as they capture each other until they are heavy enough to fall.

Experiment: Cloud Formation

With this experiment we try to understand cloud formation in a simple way. In particular, how the little droplets forming them grow.

Stuff you need

- Transparent plastic bottle with a valve
- Hot water (not boiling)
- Matches
- Bicycle pump

How is the experiment done?

- Put some hot water in the plastic bottle with a valve.
- Close the bottle
- Introduce a lighted match and close the bottle.
- Inflate the bottle until it is enough pressure.
- Opened the bottle quickly to produce a sudden expansion

What have you observed?

When opening the bottle quickly, it has formed a small haze in the bottle

Why did that happen?

As you know, clouds are formed by many little water droplets which are formed by water vapor condensation coming from rivers, oceans or lakes evaporation.
With our experiment, the water evaporation happening inside the bottle comes from the hot water that we introduced.
Next, after opening the bottle, we tried to reproduce what happens in the atmosphere as hot air raises. In this ascending, atmospheric pressure decreases, the air mass expands and the temperature decreases.
When warm and wet air cools, some of the water vapor condenses, and little droplets appear.
For this process to occur, you need to enter a match: the particles of match smoke behave as cloud condensation nuclei. These particles facilitate the formation and growth of a droplet .