7Wolken, regen en sneeuw

Het is een warme zomermiddag. Rond het middageten was de lucht blauw, met een paar kleine witte wolkjes als watjes. Om drie uur is een van die wolkjes gegroeid. Hij zwelt op naar boven, hoger en hoger, als een witte bloemkool op een platte grijze voet. Zijn top waaiert uit. Zijn onderkant wordt donker. Er waait een koele windvlaag, de eerste dikke druppels vallen, en twintig minuten lang giet het. Dan trekt de wolk weg, de zon komt terug en de natte stoepen dampen.

Waar kwam die wolk vandaan? Waaruit bestaat hij? En hoeveel regen is er in die twintig minuten gevallen?

Wat je al weet

Het weer is de toestand van de lucht op een bepaalde plek en een bepaald moment: zonnig, bewolkt, regen, sneeuw, wind, mist; we schrijven het op in een weerkalender (Hoofdstuk 1). Water uit de zee, de meren en de grond stijgt op in de lucht en komt terug naar beneden als regen (Hoofdstuk 3). De natuurkundeboeken vertellen hoe water verdampt (van vloeistof naar een onzichtbaar gas), condenseert (van gas terug naar piepkleine vloeistofdruppeltjes) en bevriest (van vloeistof naar ijs), en hoe een thermometer de temperatuur meet in graden Celsius.

7.1 Wat is een wolk?

De lucht om ons heen bevat altijd wat water, als een onzichtbaar gas: waterdamp. Als lucht opstijgt, koelt ze af. Als ze genoeg afkoelt, condenseert een deel van haar waterdamp tot waterdruppeltjes die zo klein zijn dat het zwakste zuchtje wind ze laat zweven. Miljarden van die druppeltjes naast elkaar vormen een wolk die we kunnen zien. Hoog in de lucht, waar het heel koud is, bevriezen de druppeltjes en bestaat de wolk uit piepkleine stukjes ijs.

Definitie 7.1 (Wolk en mist)

Een wolk is een enorm aantal piepkleine waterdruppeltjes, of piepkleine stukjes ijs, die samen in de lucht zweven. Mist is een wolk die de grond raakt.

Voorbeeld 7.2 (Je adem op een koude ochtend)

Op een koude ochtend maakt je adem een wit wolkje voor je mond. De lucht die je uitademt is warm en bevat waterdamp. De koude lucht koelt haar meteen af, de damp condenseert tot piepkleine druppeltjes — en er verschijnt een wolk in het klein, die weer verdwijnt als de druppeltjes opnieuw verdampen.

Een wolk is wit omdat zijn druppeltjes het zonlicht alle kanten op verstrooien. Als hij heel dik is, komt er weinig licht tot aan zijn onderkant, en van onderaf ziet hij er grijs of bijna zwart uit: het teken van een zware wolk, vol water.

7.2 De wolkenfamilies

Wolken hebben veel vormen, en weerwaarnemers over de hele wereld delen ze op dezelfde manier in: naar hun vorm en naar hoe hoog ze zweven.

Definitie 7.3 (Wolkenfamilies)

De vier wolkenfamilies die je moet kennen, zijn:

• cumulus: stapelwolken, wit en bol, met een platte onderkant, als watjes;
• stratus: gelaagde wolken, een vlak grijs dek dat laag de hele hemel bedekt;
• cirrus: vederwolken, dunne witte draden of krullen, heel hoog en van ijs;
• cumulonimbus: de onweerswolk, een enorme toren die van een lage donkere onderkant tot een heel grote hoogte oprijst, en waarvan de top vaak plat uitwaaiert.

De namen zijn Latijnse woorden: cumulus betekent een hoop, stratus een laag, cirrus een haarlok, en nimbus een regenwolk.

Hoe hoog zweven wolken? Dat hangt af van de familie. Lage wolken, zoals stratus en de onderkant van cumulus, zweven van vlak boven de grond tot ongeveer 2 kilometer hoog. Cirrus zweven heel hoog, buiten de tropen en de poolgebieden tussen ongeveer 5 en 13 kilometer — vaak hoger dan de hoogste berg op Aarde. Een cumulonimbus reikt helemaal van een lage onderkant tot de bovenkant van de wolkenlagen.

Methode 7.4 (Een wolk benoemen)

Kijk naar de hemel en stel drie vragen:

1. Is het een hoop met een platte onderkant? Dan is het een cumulus — en als hij oprijst tot een enorme donkere toren, een cumulonimbus.
2. Is het een vlak, egaal dek dat de hele hemel verbergt? Dan is het een stratus.
3. Bestaat hij uit dunne witte draden, heel hoog? Dan is het een cirrus.

Opmerking 7.5 (Wolken vertellen het weer)

Kleine cumulus in een blauwe hemel betekenen mooi weer. Een grijze stratus brengt een sombere dag, soms met motregen. Een cumulonimbus brengt een korte, hevige bui, vaak met donder, bliksem en windvlagen — soms met hagel. Cirrus brengen geen regen, maar als ze zich uitbreiden en dikker worden, volgt er vaak een dag later regen.

7.3 Regen, sneeuw en hagel

In een wolk botsen de piepkleine druppeltjes tegen elkaar en smelten ze samen, of groeien ijskristallen ten koste van de druppeltjes. Een wolkendruppel of een kristal dat groot en zwaar genoeg is geworden, kan niet meer zweven: hij valt.

Definitie 7.6 (Neerslag)

Neerslag is water dat uit een wolk naar de grond valt: regen (druppels vloeibaar water), sneeuw (vlokken van aan elkaar geplakte ijskristallen) of hagel (balletjes ijs, hagelstenen genoemd, die uit onweerswolken vallen).

Of het regent of sneeuwt, hangt af van de temperatuur van de lucht waar de neerslag doorheen valt. Sneeuwvlokken ontstaan hoog in de koude wolk. Is de lucht eronder lang genoeg warmer dan $0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$, dan smelten ze onderweg en bereiken ze ons als regen. Vriest het helemaal tot aan de grond, dan komen ze aan als sneeuw.

Hagel valt alleen uit cumulonimbus. In de toren voeren sterke opwaartse winden ijskorrels verschillende keren op en neer; bij elke tocht komt er een nieuw laagje ijs bij, zoals de lagen van een ui, tot de hagelsteen te zwaar is om door de wind gedragen te worden.

7.4 Het weer meten

Om te zeggen hoeveel het regende, hoe warm het was of waar de wind vandaan kwam, zijn woorden niet genoeg: we hebben instrumenten nodig, en getallen.

Definitie 7.7 (Regenmeter)

Een regenmeter is een bak die de regen opvangt die op zijn opening valt. De hoogte van het opgevangen water wordt gemeten in millimeter: “5 millimeter regen” betekent dat de regen op vlakke grond een laagje water van 5 millimeter dik zou hebben gemaakt, als er niets van was weggestroomd of in de grond was gezakt.

Opmerking 7.8 (Een millimeter regen is veel water)

Een millimeter regen lijkt piepklein in de regenmeter. Maar op een stuk grond van één meter bij één meter is het één liter water: een grote fles. Op een schoolplein van duizend vierkante meter brengt een regenbui van 10 millimeter tienduizend liter: genoeg om duizend emmers van elk 10 liter te vullen.

Definitie 7.9 (Windvaan)

Een windvaan is een pijl die vrij draait op een mast. De wind duwt tegen zijn staart, zodat de pijl altijd wijst naar de richting waar de wind vandaan komt.

Definitie 7.10 (Weerstation)

Een weerstation is een plek waar het weer elke dag wordt gemeten, altijd op dezelfde manier, met instrumenten: een thermometer in een geventileerde witte hut, een regenmeter in het open veld, een windvaan op een mast.

De thermometer staat in de schaduw, in een witte hut met latjes aan de zijkanten die de lucht doorlaten maar de zon en de regen tegenhouden. Het Met Office, de weerdienst van het Verenigd Koninkrijk, zet hem $1.25\,\mathrm{m}$ boven de grond. De regenmeter staat in het open veld, ver van muren en bomen die hem tegen de regen zouden beschutten, met zijn opening een beetje boven de grond. De windvaan staat hoog op zijn mast, boven de obstakels die de wind zouden afbuigen.

In het veld — Een weerstation op het schoolplein

Veel scholen hebben een klein weerstation in een hoek van het schoolplein. Elke ochtend op hetzelfde tijdstip lezen twee leerlingen de thermometer af, lezen de regenmeter af en maken hem leeg, en noteren waar de windvaan heen wijst. Zo bouwt de klas week na week een verslag op van haar eigen weer.

Methode 7.11 (Een staafdiagram van de regen tekenen)

Zo teken je de regen van een week:

1. teken een horizontale lijn en schrijf de dagen eronder, op gelijke afstanden;
2. teken links een verticale lijn en zet er millimeters bij, in gelijke stappen (bijvoorbeeld om de 2 millimeter);
3. teken boven elke dag een staaf die zo hoog is als de regen van die dag; een dag zonder regen krijgt helemaal geen staaf;
4. geef de grafiek een titel en schrijf de eenheid, mm, bij de verticale lijn.

Voorbeeld 7.12 (Een week regen op school)

De klas las een week lang elke ochtend de regenmeter af en vond: maandag 0, dinsdag 4, woensdag 12, donderdag 7, vrijdag 0, zaterdag 2, zondag 5 millimeter. De natste dag was woensdag. Op maandag en op vrijdag regende het niet. In de hele week viel er $0 + 4 + 12 + 7 + 0 + 2 + 5 = 30$ millimeter. Woensdag alleen bracht 12 van de 30 millimeter, dat is $\frac{12}{30} = \frac{2}{5}$ van de regen van de week.

7.5 Oefeningen

Oefening 7.1 ★

Waaruit bestaat een wolk? Wat is mist?

Oplossing

Oplossing van Oefening 7.1.

Een wolk bestaat uit een enorm aantal piepkleine waterdruppeltjes, of piepkleine stukjes ijs, die in de lucht zweven. Mist is een wolk die de grond raakt.

Oefening 7.2 ★

Benoem de wolk: (a) een vlak grijs dek dat de hele hemel verbergt; (b) dunne witte draden heel hoog in een blauwe hemel; (c) witte hopen met een platte onderkant, als watjes; (d) een enorme donkere toren met een platte top, die onweer brengt.

Oplossing

Oplossing van Oefening 7.2.

(a) Stratus. (b) Cirrus. (c) Cumulus. (d) Cumulonimbus.

Oefening 7.3 ★

Regen, sneeuw of hagel? (a) balletjes ijs die uit een onweerswolk vallen; (b) druppels vloeibaar water; (c) vlokken van ijskristallen.

Oplossing

Oplossing van Oefening 7.3.

(a) Hagel. (b) Regen. (c) Sneeuw.

Oefening 7.4 ★

Welk instrument meet: (a) de regen; (b) de temperatuur; (c) waar de wind vandaan komt?

Oplossing

Oplossing van Oefening 7.4.

(a) Een regenmeter. (b) Een thermometer. (c) Een windvaan.

Oefening 7.5 ★

In de regenmeter die op pagina 46 is getekend, komt het water nu tot het streepje 17. Hoeveel millimeter regen is er gevallen? Hoeveel millimeter erbij zou het tot 20 brengen?

Oplossing

Oplossing van Oefening 7.5.

Er is 17 millimeter regen gevallen. $20 - 17 = 3$: met 3 millimeter erbij zou het water tot het streepje 20 komen.

Oefening 7.6 ★

Kijk naar het staafdiagram op pagina 47. Welke dag was de natste? Op welke dagen regende het niet? Op welke dag viel er 7 millimeter?

Oplossing

Oplossing van Oefening 7.6.

De natste dag was woensdag (12 millimeter). Op maandag en op vrijdag regende het niet. Donderdag had 7 millimeter.

Oefening 7.7 ★★

Op de ochtend van een sneeuwdag komen de sneeuwvlokken in het bergdorp tot op de grond, maar in het dal eronder regent het. Leg het verschil uit met behulp van de temperatuur van de lucht.

Oplossing

Oplossing van Oefening 7.7.

De sneeuwvlokken ontstaan hoog in de koude wolk. Boven in het bergdorp vriest het helemaal tot beneden, dus komen ze aan als sneeuw. Lager, in het dal, is de lucht warmer dan $0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$: op weg naar beneden smelten de vlokken in die lucht, en ze bereiken de grond als regen.

Oefening 7.8 ★★

Een andere week vindt de klas: maandag 3, dinsdag 0, woensdag 1, donderdag 9, vrijdag 6, zaterdag 0, zondag 1 millimeter. Teken het staafdiagram. Hoeveel millimeter viel er in de week? Welk deel van de regen van de week viel op donderdag?

Oplossing

Oplossing van Oefening 7.8.

Het staafdiagram heeft zeven staven met hoogten 3, 0, 1, 9, 6, 0 en 1 (geen staaf op dinsdag en zaterdag). In de week viel er $3 + 0 + 1 + 9 + 6 + 0 + 1 = 20$ millimeter. Donderdag bracht 9 van de 20 millimeter: $\frac{9}{20}$ van de regen van de week.

Oefening 7.9 ★★

Waarom moet de regenmeter in het open veld staan, ver van muren en bomen? Waarom staat de thermometer in een witte hut in de schaduw, en niet in de volle zon?

Oplossing

Oplossing van Oefening 7.9.

Muren en bomen beschutten de grond in hun buurt tegen de regen, vooral als de wind de regen schuin opzij blaast, en druppels kunnen van bladeren in de regenmeter druipen: dichtbij zou de regenmeter te weinig of te veel opvangen. De thermometer moet de temperatuur van de lucht meten; in de volle zon zou hij door het zonlicht zelf worden opgewarmd en te veel aanwijzen. De witte hut met latjes houdt de zon tegen en laat de lucht door.

Oefening 7.10 ★★

De windvaan wijst naar het westen. Waar komt de wind vandaan? Waar gaat hij heen?

Oplossing

Oplossing van Oefening 7.10.

Een windvaan wijst naar waar de wind vandaan komt: de wind komt uit het westen. Hij gaat naar het oosten.

Oefening 7.11 ★★★

Op een schoolplein van 500 vierkante meter valt 8 millimeter regen. Hoeveel liter water viel er op het schoolplein? Gebruik Opmerking 7.8. Een gieter bevat 10 liter: hoeveel gieters is dat?

Oplossing

Oplossing van Oefening 7.11.

Eén millimeter regen op één vierkante meter is één liter. Op één vierkante meter geeft 8 millimeter dus 8 liter. Op 500 vierkante meter: $500 \times 8 = 4000$ liter. Met gieters van 10 liter: $4000 \div 10 = 400$ gieters.