Какая сила противодействует силе всасывания?

Ответ на вашу дилемму заключается в том, что нет необходимости в какой-либо противодействующей силе.

Статистически вероятно, что многие молекулы попадут в область, где был вакуум, однако никакая сила не толкает их туда.

В кинетической теории газов межмолекулярные силы и столкновения игнорируются, но случайно будет много молекул, движущихся в сторону вакуума. Они продолжаются по прямой без какой-либо силы, как в 1-м законе Ньютона.

Поскольку в вакуумной области не осталось молекул, которые можно было бы покинуть, просто случайно вскоре в этой области окажется больше молекул, чем раньше, и вакуумная область будет «заполнена».

Поскольку воздух снаружи заполняет вакуум, то есть движется, на этот воздух должна действовать какая-то сила.

Например, здесь может быть полезно противопоставить «отталкивание» сжатого воздуха «отталкиванию» сжатого металла. Для последних (и для всех известных конденсированных сред) объемная жесткость — это то, что мы называем «энтальпией»; другими словами, сжатие материала увеличивает внутреннюю энергию. Молекулы сопротивляются сближению по электростатическим причинам; т. е. с участием одной из фундаментальных сил. Если мы продифференцируем внутреннюю энергию (в джоулях) по расстоянию сжатия (в метрах), то получим силу (в ньютонах).

Напротив, в идеальном газе жесткость — это то, что мы называем «энтропией». Сжатие газа (при постоянной температуре) не увеличивает внутреннюю энергию, и, таким образом, дифференцирование внутренней энергии по расстоянию сжатия... ничего не дает. Сопротивление сжатию — и склонность к неограниченному расширению — возникает исключительно из нашей склонности чаще замечать расположение, которое происходит чаще. (Это одно из утверждений второго закона термодинамики.) Ни одна из фундаментальных сил не задействована; просто существует гораздо больше возможных вариантов, когда газ распространяется, чтобы занять свой контейнер.

Это различие может быть связано с обнаруженной вами проблемой определения некоторой «силы», толкающей газ в вакуум. Такой энтальпийной силы не существует.

«Давление» газа создается из-за столкновений молекул газа с молекулами газа или молекул газа со стенкой сосуда. Если они не сталкиваются, молекулы газа движутся по прямым линиям с постоянной скоростью , что не требует внешней силы (импульсные силы, действующие при столкновениях, являются внутренними силами для системы).

Если вы поместите несколько молекул газа в бутылку, они распространятся по бутылке, потому что внутри бутылки нет барьеров. Но они не могут пройти сквозь стенку бутылки. Если открыть крышку бутылки, некоторые из них вылезут наружу, чтобы уравнять давление внутри и снаружи, потому что они любят минимизировать количество столкновений между собой [ миролюбивые :) ]. То есть просто называется они двигаются за счет разницы давлений. Но настоящая причина в том, что вы убрали барьер, который мешал им свободно двигаться.

Представьте себе, что вы бежите по прямой и видите, что дверь закрыта, поэтому вы поворачиваетесь назад и снова бежите. В следующий раз, когда вы придете, и дверь будет открыта, вы сможете свободно пройти через открытую дверь. На вас действовала какая-то сила? Нет.

В вашем примере воздух движется в вакуум, просто устраняя разницу давлений (более подробно это объясняется выше) с постоянной скоростью . Поэтому никакая сила не действует на воздух. Таким образом, никакой противодействующей силы!

В ответ на комментарии:

Допустим, есть две смежные комнаты. Одна комната заполнена молекулами воздуха, а другая – вакуумом. Между комнатами есть дверь. Когда дверь закрыта, молекулы воздуха просто ударяются о дверь и отскакивают назад, потому что не могут проникнуть внутрь. Если вы откроете дверь, молекулы воздуха, которые шли к двери, попадут в другую комнату. Пока дверь не открыта, этот процесс происходит. Что произойдет, если давление двух комнат станет равным? Процесс продолжается. Молекулы воздуха все еще движутся через дверь. Но вы не можете это наблюдать. Вот почему мы говорим, что воздух рассеивается, устраняя разницу давлений. Но это правда, если вы не закроете дверь. Если вы закроете дверь в середине процедуры, давления двух комнат не станут равными.

В общем, этим примером я хотел показать, что никакая внешняя сила не действует на воздух, чтобы подтолкнуть его к заполнению вакуума.

Надеюсь это поможет.

Если я правильно понимаю, это вопрос о третьем законе Ньютона. Если газ давит на что-то, то что-то должно создавать силу, противоположную газу. Имейте в виду, что противодействующие силы в третьем законе Ньютона не препятствуют движению. Когда я толкаю мяч пальцем, мяч движется вперед, а палец хочет двигаться назад. Я останавливаю движение пальца назад вместе с рукой, и теперь моя рука хочет двигаться назад. Я останавливаю свою руку, когда мои ноги связаны с землей, так что земля хочет отойти назад. Земля огромна, поэтому мы не замечаем, как она движется назад.

Давайте представим слой воздуха с именем l или L. Спереди находится наш вакуум, V. За ним остальная часть нашего воздуха, A. Теперь у меня есть текстовая диаграмма:

В л А

На микроскопическом уровне молекулы воздуха из точки А сталкиваются с молекулами воздуха из точки L, поэтому всякий раз, когда молекула из точки L получает толчок, молекулы воздуха из точки А получают толчок в противоположном и равном направлении. Это справедливо для любого слоя газа.

Теперь давайте подумаем о V и A как об областях пространства, в которые могут входить и выходить частицы, как воксели в Minecraft, а l — это граница между двумя вокселами. Равная/противоположная «сила» больше похожа на это: в системе покоя L равное количество частиц L движется к V и к A. Следовательно, равные и противоположные импульсы движутся как к V, так и к A. Это$F = \frac{dp}{dt}$, изменение импульса во времени для области пространства.

Вакуумная область V получает импульс от A, потому что она набирает массу со скоростью. Таким образом, он испытывает положительную силу в направлении ветра.

Воздушная область A теряет импульс до V, поскольку частицы с импульсом движутся от A к V. Таким образом, она испытывает противоположную и равную отрицательную силу.

Теперь, спустя мгновение, вакуумная область V уже не является вакуумом. Теперь это область, состоящая в основном из вакуума и тонкого слоя вещества, которое переместилось в него.

Если вы не хотите таким образом учитывать силу и давайте представим, что столкновений тоже нет, то вы просто следуете за кучей частиц, не испытывающих никаких сил. Сил нет, но из-за того, что с одной стороны больше частиц, чем с другой, те, которые уже двигались к вакууму, в конечном итоге продолжают движение, тем самым заполняя вакуум. Поскольку мы предполагаем, что в газе частицы двигались в случайных направлениях, поэтому некоторые из них должны были указывать в сторону вакуума.

У фермера есть 10 соток земли, которая отгорожена от прилегающей территории и разделена посередине на два участка по 5 соток каждый. Посередине есть ворота, через которые можно пройти между двумя половинами. Он помещает своих овец на половине земли с закрытыми воротами. Однажды он решил открыть ворота и оставил их открытыми. Через день или два он узнал, что часть овец находится на ранее пустовавшей другой половине земли. Овцы начинают заполнять пустую половину, просто бродя вокруг. То же самое относится и к тому, как воздух заполняет вакуум. Никто не заставлял овец идти на другую сторону, они просто удивлялись этому, потому что овцы, как правило, передвигались. Молекулы воздуха не неподвижны. Они перемещаются и натыкаются на незаполненный вакуум. Так же, как нет ничего, что могло бы помешать овцам передвигаться. Противодействующей силы нет.

Продолжая эту аналогию, овцы, натыкающиеся друг на друга, и забор будут давлением. Чем больше овец, тем больше шансов, что они столкнутся друг с другом, и тем больше вероятность того, что некоторых из них вытолкнет на пустую половину земли. Чем выше давление, тем быстрее заполняется вакуум.

Когда я говорю, что нет силы толкать овец, я не имел в виду никакой внешней силы. Овцы все равно будут натыкаться и толкать друг друга.

Поскольку воздух снаружи заполняет вакуум, то есть движется, на этот воздух должна действовать какая-то сила.

Для ускорения нужна сила. Если воздух движется с постоянной скоростью, то сила не нужна. Конечно, чтобы заставить молекулы двигаться, нужна была некоторая сила, и эта сила при столкновении с другой молекулой. Затем эта молекула будет двигаться в противоположном направлении. Таким образом, анализируя на молекулярном уровне, то, что мы рассматриваем как «всасывание», само по себе не создает силы. Скорее, оно производится уже существующими силами.

Однако при макроскопическом анализе системы будет «недостающий» импульс; молекулы, прошедшие через отверстие, унесут с собой некоторый импульс, в результате чего оставшиеся молекулы будут иметь чистый импульс в противоположном направлении. Молекулы, которые проходят через отверстие, ударились бы о стену, если бы ее не было, и передали силу на стену. Таким образом, возникает дисбаланс, когда в одну сторону попадает больше молекул, чем в другую, и это вызывает результирующую силу.

Создание вакуума требует внешней силы. Для его создания насос постоянно выталкивает воздух. Для его поддержания стенки герметичной камеры надавливаются извне.

Создание зоны высокого давления аналогично: насос нагнетает воздух, а затем стены удерживают воздух (стены выталкиваются наружу газом с более высоким давлением внутри).