Le nubi sono il risultato della condensazione del vapore acqueo, condensazione che ha luogo quando, per vari motivi, in un volume d'aria si viene a trovare più vapore acqueo di quanto ce ne possa stare in base alla sua temperatura. Parte del vapore acqueo, in questo caso, deve condensare dando origine a delle microscopiche goccioline d'acqua, del diametro di alcune decine di micrometri (millesimi di millimetro), cioè a una nube. Per loro stessa natura, quindi, le nubi sono la manifestazione di una situazione atmosferica instabile e rappresentano la controparte visibile di quel meccanismo che cerca di riportare nuovamente l'atmosfera in uno stato di equilibrio.

Proprio per questo motivo le nubi non possono che essere dei fenomeni transitori, sempre caratterizzate da una durata limitata nel tempo, a meno che la causa dell'instabilità atmosferica non venga in qualche modo sostenuta e si protragga a lungo nel tempo. Si possono dunque realizzare “nubi in bottiglia”, mediante dispositivi di dimensioni contenute, ma queste nubi non potranno persistere a lungo, in quanto i dispositivi di ridotte dimensioni e di semplice costruzione mal si conciliano con la necessità di protrarre le condizioni di instabilità all'origine della formazione delle nubi. Vediamo comunque in dettaglio quali sono i meccanismi che portano alla formazione delle nubi reali, in modo da individuare quale possa essere il dispositivo più adatto per riprodurre questo meccanismo a scala ridotta.

Il primo e più semplice meccanismo, anche se raramente presente nelle nubi naturali, è quello del miscelamento di un volume d'aria caldo-umido con uno più freddo. Il mescolarsi di queste due masse d'aria caratterizzate da proprietà fisiche molto diverse tra di loro, può provocare la condensazione del vapore acqueo. Sono poche le nubi naturali che si formano con questo meccanismo, mentre tutte le scie prodotte dagli aerei hanno questa origine.

Riprodurre in “bottiglia”, o comunque in “ambito domestico”, questo tipo di nubi è relativamente facile, basta avere una pentola a pressione e, quando è in funzione, farla sfiatare usando l'apposita valvola (prestando attenzione a non scottarsi!). Il risultato è una vera e propria scia di condensazione, analoga a quelle prodotte dagli aerei a reazione. Provando a rifare l'esperimento all'aperto (un terrazzo va benissimo, soprattutto quando la moglie non è nei paraggi -ndr) in diverse condizioni meteorologiche (ad esempio in giornate “fredde e secche” o “fredde e umide”)si potranno ottenere diversi tipi di “scie di condensazione” (rispettivamente “poco appariscenti” nelle giornate fredde e secche e “molto appariscenti” in quelle fredde e umide) pur se le temperature d'esercizio della pentola sono le stesse e, a parità di freddo esterno, sarà la stessa anche la temperatura finale del miscuglio dei volumi.

La differenza nel comportamento delle scie si spiega ricordando che nel caso delle giornate fredde e secche, parte del vapore acqueo fuoriuscito dalla pentola a pressione potrà comunque restare nello stato aeriforme anche all'esterno, proprio in virtù del poco vapore preesistente in aria. Nelle giornate molto umide, al contrario, gran parte del vapore uscito dalla pentola non potrà restare nello stato aeriforme in quanto l'aria esterna è comunque quasi satura e il vapore sarà costretto a condensare rendendo molto ampia e persistente la scia. Se non vogliamo utilizzare le pentole a pressione, possiamo rifare la stessa esperienza utilizzando il “fumetto” che emettiamo in inverno quando respiriamo all'aria aperta, anch'esso, a tutti gli effetti, una nube analoga alle scie di condensazione.

Il secondo meccanismo che prenderemo in considerazione, più complesso ma anche molto più efficiente, si basa sul raffreddamento dei volumi d'aria mediante la loro espansione. Questo meccanismo, che tra l'altro è lo stesso utilizzato nei frigoriferi per produrre il freddo, trova la sua più spettacolare realizzazione nelle nubi cumuliformi e in particolare in quelle temporalesche. In queste nubi, infatti, il movimento verticale di un volume d'aria provoca una rapida espansione della massa, quindi un rapido raffreddamento e la conseguente condensazione del vapore acqueo in esso contenuto (a titolo d'esempio un volume d'aria secca si raffredda di 1 °C sollevandosi di 100 m). La condensazione del vapore produce il rilascio del calore latente di evaporazione (circa 600 Cal vengono liberate durante la condensazione di 1 kg d'acqua), aumentando la temperatura del volume sollevato rendendolo così più caldo dell'ambiente esterno, quindi più leggero, pertanto soggetto ad una spinta verso l'alto analoga a quella sperimentata dalle mongolfiere. Questa spinta verso l'alto (detta spinta di Archimede), alimenta ulteriormente i moti verticali, quindi l'espansione dei volumi sollevati, il loro raffreddamento e la successiva condensazione. Nubi di questo tipo sono un po' più difficili da riprodurre in bottiglia ma con un po' di pratica si possono realizzare interessanti esperimenti per mettere in luce i vari aspetti e peculiarità di questo meccanismo.

Nubi prodotte in bottiglia a seguito del raffreddamento dovuto all'espansione si possono osservare abbastanza frequentemente nelle bottiglie di birra o di altre bibite gasate quando vengono stappate. Se le bottiglie sono sufficientemente fresche, non appena sono stappate, mostrano vicino all'imboccatura una nuvoletta costituita da minuscole goccioline formatesi per la rapida depressione causata alla fuoriuscita del gas, la quale è facilmente riconoscibile dal classico soffio sordo che segue allo sgancio del tappo.

Un dispositivo relativamente semplice da costruire permette di mostrare in maniera chiara quale sia la reale efficienza del meccanismo e le modalità d'azione dello stesso. Il dispositivo si basa sull'utilizzo di una bottiglia riempita con circa un dito d'acqua (serve ad aumentare in maniera artificiale il contenuto di vapore acqueo all'interno della bottiglia) e deve essere chiusa con un tappo (anche di sughero) forato in modo tale da permettere l'inserimento nella bottiglia di un tubicino di gomma della lunghezza di circa mezzo metro. Prima di provare a realizzare la nube è necessario adottare un piccolo accorgimento, cioè quello di far entrare nella bottiglia il fumo di un fiammifero (il perché sarà chiaro tra poco). Per far entrare il fumo del fiammifero nella bottiglia basta risucchiare un po' d'aria dalla bottiglia mediante il tubicino (creando una depressione nella stessa) e portando il tubicino vicino al fiammifero, riaprendolo vicino al fiammifero per “risucchiare” il fumo. A questo punto, dopo aver fatto entrare l'aria del fiammifero nella bottiglia, basta soffiare aria all'interno della bottiglia (aumentando la pressione all'interno della stessa) tappando rapidamente con le dita il tubicino e, dopo un attimo, rilasciando aperto il tubicino.

La rapida fuoriuscita dell'aria dalla bottiglia crea una depressione all'interno, quindi un rapido raffreddamento e la conseguente condensazione del vapore in esso contenuto. Ovviamente, per quanto sopra detto, la nube così formata non potrà persistere a lungo. L'esperimento può essere riprodotto, ovviamente, non appena la nube si sia dissipata, anche se dopo un po' di prove può accadere che la nube non si formi. Per ovviare a questo fatto basta rimettere all'interno della bottiglia un po' di fumo di fiammifero. Il fumo del fiammifero, infatti, è costituito da piccole particelle (diametro dell'ordine di qualche millesimo di millimetro) che fungono da “nucleo di condensazione”, cioè facilitano la condensazione del vapore acqueo fornendo una superficie microscopica come base per la costituzione delle goccioline d'acqua.

Particelle di questo tipo sono naturalmente presenti anche nelle masse d'aria reali ed anzi, senza di esse, le nubi non potrebbero formarsi, almeno così come le vediamo in natura. Le nubi che riusciamo a formare in questo modo nella bottiglia, però, oltre a durare poco, non sono soggette a nessun movimento verticale, a differenza di quanto accade nelle nubi reali in natura.

Per mettere in luce anche il movimento verticale delle nuvole, dovuto alla spinta di Archimede, si può escogitare un piccolo trucco, questa volta però utilizzando una brocca d'acqua tiepida e un bicchierino di latte freddo (meglio se appena tolto dal frigorifero). Il latte freddo, lasciato cadere lentamente nella brocca d'acqua tiepida, si troverà immerso in un ambiente fluido più caldo e quindi più leggero, pertanto sentirà agire su di sé una spinta di Archimede verso il basso (esattamente l'opposto di quanto accade nelle nubi in atmosfera) dando così origine a una nube capovolta. In questo modo, con un po' di pratica, si possono creare “nubi alla rovescia” che riproducono molto fedelmente le morbide volute osservabili nelle nubi cumuliformi estive. Questi esperimenti condotti con liquidi miscibili a diverse densità, oltre ad essere indubbiamente affascinanti, in passato sono stati realizzati anche nei laboratori di ricerca, rivelandosi molto utili per comprendere l'azione sui fluidi della spinta di Archimede.