上昇する空気の温度について

質問

私立中学入試問題です。
添付の問題，問４で，「Ａが外から力を受けなくても自然に上昇できるようになるのは，」という意味がまったくわかりません。
自然に上昇するとは，どういうことなのでしょうか？

問題では，空気の２種類の上昇のしかた（６行目から８行目と，９行目の「また，～」から11行目）が述べられているようですが，そのあたりがそもそもわからないのです。
おわかりになる方がいらっしゃいましたら，なるべくわかりやすく，どうぞよろしくお願い致します。

手書きで記入した部分は，無視していただいてかまいません。

回答No.1

maskoto · ベストアンサー

まず6〜8行目は
空気は一切動かないものとした場合、
100メートルおきに気温計を設置すると、その温度の変化の仕方が3000メートルまでは0.75℃ずつ異なる(下がる)
3000メートル以上では0.25℃ずつ異なる
と言う意味に解釈できます
つまり、動かかない大気の層を下からみていくと、地表面では20度となっており
その上100メートルの平面では29.25℃
更にその上100メートルの平面では28.50℃
…
というように温度の異なる空気のそうが重なっていると言う事です
これは、空気のかたまりが(自然に)上昇していく場合にも適用できて、地表面で20℃であった空気のかたまりが100まで上昇すると29.25℃
更に100メートル上昇すると
28.50℃
…
と変化していく
と解釈する事も可能です

9行目〜11について
外から力を加えるとは
例えば、空気の塊の底に板を入れて
板を上昇させ
板から強制的に持ち上げられるような力を加えると言う事です
(他にも、例えば、空気の塊をすっぽり巨大風船で包み
これに縄を付けて、人為的な力で上に引っ張っても外から力を加えたことになります)
そのように矯正的に塊を上昇させた場合の温度変化は図2になると言う事です

で、例えば海水は真水に対して沈みます
これは、同じ体積で測ると、海水のほうが重いためです
反対に、空気を入れた風船は水に浮かびます
それは、同じ体積で測ると空気のほうが水より軽いためです
(4)でもこれは同じ　
Aが周りよりも軽ければAは自然に上昇してゆきます
(周りより重いうちは外からの力でアシストしてあげないと上昇はできません)
そして、同体積なら
空気は温度が高いほうが軽いと言う事は知っていると思います
図2は黒線が強制的に上昇させる場合の温度変化
赤線が自然な空気の層の温度変化を表しますが
1000メートル地点の温度を比較すると
強制では10℃
自然では12.5℃
であり自然な空気の層のほうが温度が高く
従って強制に比べて軽い事になります
これでは、強制的に上げられたAは外力のアシストがなくなると沈んでしまうと言うわけです
この沈んでしまう事が起きなくなる(つまりは自然に上昇に切り替わる)のが
赤線と黒線グラフの交点で
同じ高度で同じ温度となる
2000メートルと言うわけです

〜以上参考まで〜

お礼

ご丁寧なご回答，感謝いたします。 たいへん勉強になりました。 どうもありがとうございましたm(__)m

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