Почему вещи не разрушаются молекулами газа, летящими вокруг?

Молекулы газа летят с безумной скоростью, и хоть они и мизерные, но их МНОГО. Конечно, из-за того, что все эти молекулы летят вокруг, существует атмосферное давление ; тем не менее, если вы представляете себе много пуль, летающих вокруг, они на самом деле не «оказывают давление»: они разбивают вещи . Так почему эти мини-торпеды ничего не уничтожают?

Я чувствую, что причина, по которой они не сеют хаоса, в том, что они не скоординированы, то есть случайны. Кроме того, вещи могут работать не так микроскопически, как макроскопически.

Подумайте об импульсах частиц газа.
@Chris2807 Да, но помните, что на уровне моря воздух оказывает на ваше тело около тонны давления.
это не совсем актуально. Давление воздуха достаточно однородно, поэтому на тела в целом нет сил. Если вы действительно хотите понять свой вопрос, посмотрите на средний импульс распределенного газа Больцмана и импульс пули.
Пули не причиняли бы такой боли, если бы вы были сделаны из того же материала, что и пули. Вы сделаны из того же материала, что и воздух.
Мы все знаем, что давление воздуха (от всех этих крошечных столкновений) может разрушить вещи, но чтобы конкретизировать это, вот фотография вагона поезда, раздавленного, когда воздух внутри был удален: i.ytimg.com/vi/Zz95_VvTxZM/ hqdefault.jpg
@jameslarge: Э... нет? Оба эти предложения неверны или, по крайней мере, вводят в заблуждение. Пуля, сделанная из плоти, причинит немало вреда плоти, пули из металла нанесут немало урона целям из металла, а состав человека сильно отличается от состава воздуха.
Существуют твердые материалы , которые могут быть быстро разрушены при воздействии молекул воздуха при обычных температурах. И где-то здесь они были.
@Chris2807 Итак ... если бы пули теоретически беспорядочно стреляли во всех направлениях ... они бы просто оказывали давление?
@hyperluminal, ха-ха, я не об этом. Я говорил, что одна из причин, по которой мы не падаем под действием сил давления воздуха, заключается в том, что внутри наши тела имеют примерно одинаковое давление, оказываемое снаружи.
@Chris2807 Итак, стрельба большим количеством пуль по другую сторону стены будет оказывать противоположное давление на другую сторону стены ... и поддерживать ее?
@HyperLuminal Если вы возьмете образец с достаточно большой площади стены, да. Однако пули несут достаточную кинетическую энергию, чтобы деформировать большинство вещей, так что стена в конечном итоге рухнет. Разница между двумя сценариями прекрасно объяснена в ответе Бриониуса.
@ user2357112 Вы состоите из молекул, которые в основном состоят из атомов углерода, водорода, кислорода и азота. Воздух состоит из молекул, которые в основном состоят из атомов углерода, водорода, кислорода и азота.
@ user2357112 Признаюсь, моя аналогия была слабой. Я должен был сказать, если бы вы были сделаны из триллионов триллионов триллионов неразрушимых пуль. Кинетическая энергия молекулы воздуха очень мала по сравнению с количеством энергии, необходимой для разрушения молекулы.
Это также было бы потрясающим xkcd что-если :)
@RobAu Совершенно верно. :)

Ответы (5)

Когда вы говорите «почему вещи не разрушаются », вы, вероятно, имеете в виду «почему химические связи, удерживающие объекты вместе, не разрушаются». Теперь мы можем определить энергию, необходимую для разрыва связи — это называется «энергия связи». Возьмем, к примеру, углерод-углеродную связь, так как она распространена в наших телах.

Энергия связи углерод-углерод равна 348 к Дж / м о л , который работает на 5,8 ⋅ 10 − 19 Дж за облигацию. Если сталкивающаяся молекула газа должна разорвать эту связь, она должна (в упрощенном сценарии столкновения) иметь как минимум столько энергии, чтобы разорвать эту связь. Если средняя молекула обладает такой большой энергией, мы можем рассчитать, какой должна быть температура газа:

Е средний знак равно к Т
Т знак равно 5,8 ⋅ 10 − 19 Дж 1,38 ⋅ 10 − 23 м 2 к грамм с − 2 К − 1
Т знак равно 41 , 580 ° С

Это довольно жарко!

Теперь, даже если у средней молекулы нет такой энергии, некоторые из более быстро движущихся могут. Давайте рассчитаем процентное соотношение обладающих этой энергией при комнатной температуре, используя распределение Больцмана для энергии частиц:

ф Е ( Е ) знак равно 4 Е π ( к Т ) 3 опыт ⁡ ( − Е к Т )

Доля частиц с энергией, большей или равной этому количеству, должна быть выражена этим интегралом:

п ( Е ≥ Е 0 ) знак равно ∫ Е 0 ∞ ф Е ( Е ) д Е

В нашей ситуации, Е 0 знак равно 5,8 ⋅ 10 − 19 Дж , и это выражение дает п ( Е ≥ Е 0 ) знак равно 1,9 ⋅ 10 − 61 .

Таким образом, доля молекул при комнатной температуре с достаточной кинетической энергией для разрыва углерод-углеродной связи равна 1,9 ⋅ 10 − 61 , поразительно малое число. Чтобы представить это в перспективе, если вы заполните сферу размером с орбиту Земли вокруг Солнца газом в STP, вам потребуется около 16 таких сфер, чтобы получить хотя бы одну газовую частицу с таким количеством энергии.

Вот почему эти «торпеды» вообще ничего не разрушают — они не двигаются достаточно быстро при комнатной температуре, чтобы разорвать химические связи!

Но разве эта сила связи не намного сильнее, чем слабая межмолекулярная сила, которая удерживает вместе многие вещества? Если я режу что-то мягкое, я обычно режу не прочные связи, а более слабые межмолекулярные связи? Значит, это все равно считалось бы разрушением чего-либо, если бы молекула воздуха могла отколоть целую молекулу от какой-то более крупной структуры?
Да, но даже межмолекулярные силы достаточно сильны, чтобы противостоять большинству столкновений с молекулами воздуха. Я имею в виду, я не знаю цифр навскидку, но это должно сработать именно так, иначе объекты, какими мы их знаем, не существовали бы ;-) Так что, возможно, вам нужна только воздушная сфера размером с, я не знаете, Луна, чтобы заставить одну молекулу воздуха двигаться достаточно быстро, чтобы разорвать межмолекулярную связь, вместо 16 сфер размером с земную орбиту. Кроме того, отрыв одной молекулы от чего-либо едва ли считается уничтожением.
@DavidZ Не говоря уже о том, что многие такие случаи, вероятно, просто заставят отделенную молекулу прикрепиться поблизости - это все равно будет стремиться минимизировать общую энергию системы.
@Brionius Удивительный ответ. Теперь у меня есть несколько дополнительных вопросов: почему тогда они применяют такое большое давление (14,7 паскалей на уровне моря)? Я полагаю, они ничего не ломают, но это большое давление. Это происходит из-за гравитации, притягивающей воздух вниз, или из-за его скорости? И не могли бы вы подробнее объяснить уравнение того, сколько энергии вам нужно, чтобы разорвать углерод-углеродную связь?
@HyperLuminal даже чашка воздуха при комнатной температуре содержит где-то около миллиарда триллионов молекул газа ; столкновения, составляющие давление, крошечные, но невероятно частые. Что касается вашего вопроса о том, возникает ли давление из-за гравитации или скорости, ответ будет «и то, и другое». Лучше всего относиться к этому как к другому вопросу.
@hobbs Откуда это тогда?
«Откуда берется давление воздуха» — это действительно отдельный вопрос, на который не следует отвечать в ветке комментариев — напишите другой вопрос, и я уверен, что на него ответят.

Вещи на самом деле разрушаются тем , что эти молекулы воздуха собирают и разбрасывают.

Взгляните на этот примеррок

[изображение отсюда: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Arbol_de_Piedra.jpg ]

Как и их более крупные собратья, это мини-торпеды, которые приносят разрушения.

Их разрушают летающие вокруг микроскопические камни , а не сами молекулы газа.
@MooingDuck Он сказал именно это
@MauganRa: Но ОП об этом не спрашивал .
Более того, он говорит о движении газа внутри замкнутого пространства. Это воздух, который получил дополнительную кинетическую энергию, сообщенную ему явлениями, вызывающими ветер.
@Schilcote Я не уверен, что речь идет о нахождении в замкнутом пространстве как таковом , но вопрос, безусловно, касается эффектов, вызванных случайным движением отдельных молекул, а не эффектов, вызванных массовым движением газа, собирающего куски камня.
@Name Что сказала Мычащая Утка. Это не относится.
@MauganRa Я сказал газ, а не камни.
@HyperLuminal вы используете сравнение молекул газа и пуль в своем вопросе, чтобы проиллюстрировать, что они ведут себя по-разному (вызывают одинаковые разрушения), но вы отказываетесь рассматривать маленькие камни и молекулы газа в моем ответе как сопоставимые каким-либо образом . Оспаривая мое сравнение (точнее, реальность), вы также оспариваете то, что в своем вопросе. Если молекулы газа не маленькие камни, то они точно не маленькие пули. КЭД
Но у молекул газа достаточно энергии, чтобы сдвинуть небольшие камни, которые могут повредить более крупные камни. Конечно, сами молекулы газа не вызывают разрушения (о чем и спрашивал ОП), но косвенно они это делают. Я все еще думаю, что этот ответ полезен.
@Name Если вы хотите оспорить предпосылку вопроса, используйте комментарий. Ответы ради ответов.
@Paddling Ghost Я укажу на одну твою ошибку. Хотя кажется логичным, что именно воздух дает силу сдувать камни, на самом деле это НЕ так. Даже в НЕПОДВИЖНОМ воздухе молекулы газа движутся с безумной скоростью. Их столкновения — это то, что эффективно сводит их на нет и выравнивает их силу, чтобы обеспечить постоянное давление. Наоборот, сила, поднимающая камни, это ВЕТЕР. Мой вопрос был в том, почему нас не рвет в клочья сила молекул НЕПОДВИЖНОГО ВОЗДУХА. Я ясно выразился.

На самом деле они есть!!

Посмотрите, что происходит с кубиком льда, оставленным в воздухе... триллионы частиц его внешней оболочки вырываются из своего стабильного расположения и вскоре каскадом падают по бокам — микроскопический водопад!

Так что в этом случае вы правы, но только внешняя поверхность объекта подвергается воздействию воздуха и, следовательно, подвергается его влиянию.

Помните, что вещества уже при комнатной температуре состоят из мельчайших частиц, движущихся с очень большими скоростями. Если этого недостаточно, чтобы разорвать вещество, то воздух мало что сделает.

Тем не менее, я подозреваю, что когда кто-то прорезает объект, молекулы воздуха на самом деле прорывают крошечные пики и скалы на только что открытой поверхности, пока они не будут снесены и сглажены — но это, вероятно, произойдет в течение миллисекунд после того, как они будут удалены. подвергается воздействию воздуха. Интересно, изменит ли это действие в вакууме или в более вязкой среде, такой как масло?

Неправильно. Кубики льда тают из-за жары. Если вы поместите кубик льда при температуре ниже нуля, он останется целым, даже если молекулы газа будут двигаться с чрезвычайно высокой скоростью. К тому же, если обнажится только внешняя сторона, мы должны ожидать, что все вокруг нас начнет изнашиваться и разрушаться в соответствии с вашей логикой.
«Кубики льда тают от жары». Ну, они плавятся из-за теплопередачи . Одним из механизмов передачи тепла является теплопроводность. А в случае с кубиком льда (который довольно плотный по сравнению с воздухом) проводимость довольно хорошо визуализируется как облако пуль, свистящих вокруг и врезающихся в стену из вибрирующих магнитных кирпичей, сбивая их с места и заставляя вибрировать сильнее. яростно, пока они не начнут отклоняться далеко от своего первоначального положения. Рождение жидкости!
«Если вы поместите кубик льда при температуре ниже точки замерзания», то молекулы газа по-прежнему будут двигаться очень быстро, но не так быстро, как при комнатной температуре. При заданной скорости пули наносят меньше урона, чем они легче, а молекулы газа ОЧЕНЬ легкие. При температуре ниже точки замерзания нанесенного ущерба недостаточно, чтобы вызвать таяние. Также обратите внимание, что выше точки замерзания температура газа влияет на скорость плавления, поэтому, как и ожидалось, чем быстрее летят «пули», тем больше «повреждений» происходит.
«если обнажится только внешняя сторона, мы должны ожидать, что все вокруг нас начнет изнашиваться и разрушаться» — я никогда этого не предлагал! На самом деле смысл моего поста в том, что аналогия с «разбивающими пулями» хорошо работает в определенных обстоятельствах , например, когда рассматриваемый объект холоднее воздуха. Я хотел, чтобы это стало ступенькой к пониманию того, почему воздух не превращает все предметы в пыль. Я обращаюсь к этому в моем 2-м последнем абзаце.
Так почему же вода при таком высоком притяжении друг к другу тает, а другие холодные вещи нет?
Вода обладает высокой теплоемкостью (для повышения температуры на 1 градус необходимо добавить много тепловой энергии). Вся эта энергия должна куда-то идти; вместо того, чтобы заставить молекулы воды летать быстрее, большая часть энергии идет на преодоление дипольных сил, удерживающих молекулы воды вместе. Важно понимать, что точки плавления и кипения, хотя и кажутся простыми, определяются очень сложными взаимодействиями на молекулярном уровне. На них влияют простые вещи, такие как молекулярная масса, а также сложные вещи, такие как кристаллическая структура, молекулярная форма, направленные связи, примеси и т. д.

У Бриониуса есть правильный ответ, но есть еще что сказать. Вода при комнатной температуре на воздухе будет медленно испаряться. Вода при комнатной температуре в вакууме будет кипеть, как показано здесь . Таким образом, эти мини-торпеды могут предотвратить повреждение химических связей.

Молекулы воды полярны. Буквы О заряжены немного отрицательно. Буквы H немного позитивны. Буквы Н и О притягиваются друг к другу. Молекулы воды липкие.

Так образуется лед. Молекулы располагаются так, что Н и О находятся рядом друг с другом и образуют относительно слабые связи. Молекулы вибрируют с безумной скоростью. Но при низких температурах недостаточно, чтобы разорвать связи.

При более высоких температурах скорости более быстрых молекул достаточно, чтобы разрушить связи. Лед тает. В жидкой воде близлежащие молекулы по-прежнему имеют тенденцию располагаться так, что H и O находятся рядом друг с другом. Это удерживает воду в жидком состоянии.

Воздух вокруг воды также помогает. Некоторые из более быстрых молекул обладают достаточной энергией, чтобы полностью разлететься. Так бы и было, за исключением того, что они тут же натыкаются на молекулы воздуха. Это помогает удерживать жидкость вместе.

То, насколько хорошо молекулы воды слипаются, определяется температурой и давлением. В некоторых случаях вода переходит из твердого состояния в газообразное. Если давление высокое, вода остается жидкой даже при температуре в сотни градусов. Это происходит на дне океана у вулканических гидротермальных источников .

Эта фазовая диаграмма показывает поведение в разных регионах.

фазовая диаграмма

Итак, в основном так же, как я сказал ранее, верно? Я сказал, что вместо концентрированного удара это рассредоточенное давление.
Да и нет. Если вы говорите о расширенной области, то да. Если вы говорите о том, чтобы не допустить выкипания отдельных молекул, то их удерживают отдельные удары. Но вы правы, что пули - слишком сильная аналогия для этого.

Другой способ взглянуть на это так: вещи, которые могут быть уничтожены окружающей средой, скорее всего, уже уничтожены, если только вы не поймаете их прямо в тот момент, когда они уничтожаются. Вещи, которые вы видите вокруг себя, — это те, в которых энергия связи была достаточно высокой, чтобы они выжили.

Чтобы провести аналогию, рассмотрим разницу между кометами и астероидами. Кометы проводят большую часть своего времени вдали от Солнца, поэтому они, скорее всего, содержат материал, который разложится, если приблизится к Солнцу, что приведет к образованию кометного хвоста. Астероиды, с другой стороны, остаются на более постоянном расстоянии от Солнца, поэтому любой материал, который мог быть у них когда-то и был подвержен разложению, давно исчез. Мы говорим, что кометы «изменчивы», но это всего лишь вопрос степени; астероиды тоже разлагались бы, если бы приблизились к Солнцу.

Или, по другой аналогии, это все равно, что подняться на высокую гору и спросить, почему животные там способны выживать при низких температурах и разреженном воздухе. Эти животные там, потому что они способны выжить в этих условиях.

Таким образом, существует множество материалов, которые могут быть разрушены воздухом комнатной температуры. Вы просто вряд ли столкнетесь с ними, потому что есть вероятность, что они уже уничтожены.

Означает ли это, что все, что контактирует с воздухом, имеет высокую энергию связи?
Почему вещи не разрушаются молекулами газа, летящими вокруг?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v