Почему самолеты оставляют следы в воздухе?

Много раз летал на самолетах, и часто пилот объявляет высоту, на которой проходит полет. Почти всегда это- 9-10 километров. Почему самолеты летают именно на этой высоте? Также часто вижу, как самолет оставляет за собой след в небе, похожий на облака. Почему?

Ответим на оба вопроса по очереди.

Почему самолеты летают так высоко?

Средняя скорость самолета гражданской авиации, когда он уже набрал высоту составляет около 900 километров в час. Значительная часть энергии, затрачиваемая самолетом тратится на то, чтобы преодолеть сопротивление воздуха. Самолет как бы "расталкивает" воздух находящийся на его пути. Атмосферное давление и плотность воздуха падает по мере увеличения высоты. Чем выше самолет - тем меньше энергии (и следовательно - топлива) он тратит на преодоление сопротивления воздуха.

Однако двигатель самолета нуждается в воздухе для работы - он забирает воздух из атмосферы, смешивает его топливом и эта смесь используется в качестве рабочего тела двигателя. Крылья самолета нуждаются в воздухе для создания подъемной силы, а также управляющие поверхности (закрылки, хвостовое оперение и т. п.) требуют наличия воздуха. Это ограничивает потенциальную высоту полета.

Обычно самолеты летают на высоте близкой к максимальной для той или иной модели самолета, погодных условий и т. п. Это делается для экономии топлива и денег.

• Самолетные двигатели используют углеводородное топливо: авиационные керосины и бензины.
• Продуктами сгорания углеводородов являются по большей части горячий углекислый газ и водяной пар. Кроме того в выхлопе есть небольшое количества сажи и соединений серы.
• Как уже обсуждалось выше, самолеты летают на довольно большой высоте. На таких высотах температура за бортом как правило существенно ниже нуля.
• Когда горячий водяной пар сталкивается с более холодным воздухом он конденсируется в виде мельчайших водяных капель. В результате образуется видимый с Земли след, называемый, что не удивительно - конденсационным. Иногда его также называют инверсионным.
• Если воздух, сквозь который летит самолет, сухой и теплый, то сконденсировавшиеся капли растворятся в воздухе и след за самолетом быстро исчезнет.
• Если воздух сухой и холодный, то сконденсировавшиеся капли сперва замерзнут в виде кристалликов льда - снежинок, а затем сублимируются перейдя напрямую из твердой в газообразную форму. В этом случае след после самолета будет исчезать медленно.
• Если же влажность воздуха близка к границе формирования облаков, то выхлоп самолета может стать катализатором формирования длинных и вытянутых облаков.