Разминка для мозгов физиков :)

← →
Тень отца Гамлта (2007-07-09 07:25) [0]

Есть сосуд с некоторой массой, он лежит на весах, весы эту массу показывают. Заполним сосуд воздухом. Весы покажу + массу воздуха. Вопрос, почему это так?

Задача 1. Газ давит на стенки сосуда. Но газ, допустим, идеальный, то есть это куча шариков с линейными траекториями. Утверждается, что в далеком космосе газ оказывает равномерное давление на стенки сосуда вне зависимости от его формы. Это очевидно, тк в противном случае сосуд получал бы ускорение (если в далеком космосе) от неравномерности распределения давления на стенки. Однако, такое доказательство опирается на 2 закон Ньютона и на запрет вечного двигателя. Последнее же вообще не убедительно, скептики могут сказать, а вот на самом деле ВД возможен, это просто - сосуд с газом в условиях отсутствия гравитации. Хочется доказать его, исходя из рассмотрения траекторий молекул в сосуде произвольной формы, тем самым показав невозможность ВД.

Задача 2. Но если газ оказывает равномерное давление, то он не приподнимает и не приопускает сосуд. То есть показания весов не должны поменяться. Однако, они меняются, как изместно. Тут мы вспоминаем, что есть сила тяжести, она отклоняет молекулы к Земле. И давление вниз будет больше. Требуется доказать, что вне зависимости от форры сосда, состава и концентрации газа и вообще вне зависимости от всего, избыточное давление вниз будет равно весу твердого тела, масса которого равна массе газа. То есть, что весы покажут увеличение массы на величину, равную массе газа.

← →
Юрий Зотов © (2007-07-09 07:37) [1]

> Тень отца Гамлта (09.07.07 07:25)

Когда внутри сосуда вакуум, на сосуд действует одна выталкивающая сила, когда сосуд открыт - другая (меньшая). Разница между ними точно равна весу воздуха в объеме сосуда.

А весы показывают разность между весом сосуда и выталкивающей силой, поэтому во втором случае их показания больше именно на вес воздуха в объеме сосуда.

← →
Юрий Зотов © (2007-07-09 07:41) [2]

> Тень отца Гамлта (09.07.07 07:25)

Другими словами, давление на стенки сосуда ИЗНУТРИ тут совершенно ни при чем, важно распределение давления на стенки сосуда СНАРУЖИ. Поскольку именно за счет него выталкивающая сила и возникает.

← →
Думкин © (2007-07-09 07:42) [3]

0. Весы показывают не массу, а вес. Весы будут дергаться при достаточной точности показаний.

1. А чем не убедительны законы Ньютона для конечных систем, где почва для скепсиса? Оно не опирается на запрелт мехВД, это запрет мехВД опирается на законы Ньютона. Что тут неубедительного? Все что следует в данном случае, это то, что в любой ИСО центр масс ситемы будет двигаться с нулевым ускорением - не более. Доказательство проволодится на языке понятном 8-класснику.

2. Все это в рамках законов Ньютона, если про начальное, что сказать можем, если же не можем - то статистическая механика. В любом случае будут и флуктуации - стрелка будет дрожать. А если молекула одна - так вообще.

В чем разминка?

← →
Юрий Зотов © (2007-07-09 07:43) [4]

Тьфу, как много неудачных формулировок...
Ну да ладно, лишь бы суть была понятна.

В общем, всплывет!
:о)

← →
Тень отца Гамлта (2007-07-09 07:45) [5]

> Когда внутри сосуда вакуум, на сосуд действует одна выталкивающая сила
А если и вокруг вакуум? Там не действует. Неужели в вакууме показания весов будут одинаковыми для пустого сосуда и заполненного воздухом?

> когда сосуд открыт - другая (меньшая).

Я чего-то не понимаю, ведь (в воздухе) сосуд выталкивает наверх одинаковое кол-во воздуха, вне зависимости от того, заполнен он газом или нет. Значит и выталкивающая сила должна быть той же.

> Разница между ними точно равна весу воздуха в объеме сосуда.

Пытаюсь понять почему. Можете пояснить?

← →
Думкин © (2007-07-09 07:46) [6]

> Юрий Зотов © (09.07.07 07:43) [4]

Я так понял, ему интересно именно почему воздух при заполнении оказывает дополнительное давление. Но про траектории не проникся и вопроса до конца не понял..

← →
Тень отца Гамлта (2007-07-09 07:49) [7]

> центр масс

Точно, спасибо. Заминка была в том, что тел (молекул) много, а хотелось все на основе Ньютона пояснить. Я все тут сидел интегралы какие-то считал, сколько молекул в какую сторону летит и т.д. :(

← →
Юрий Зотов © (2007-07-09 07:54) [8]

> Тень отца Гамлта (09.07.07 07:45) [5]

> Неужели в вакууме показания весов будут одинаковыми для пустого
> сосуда и заполненного воздухом?

Взвесьте кастрюлю без воды и с водой. Почувствуйте разницу.

> ведь (в воздухе) сосуд выталкивает наверх одинаковое кол-во воздуха,
> вне зависимости от того, заполнен он газом или нет.

Нет. Когда в сосуде вакуум, то сосуд вытесняет объем воздуха, равный сумме внутреннего объема сосуда и объема его стенок. А когда сосуд открыт, то он вытесняет объем воздуха, равный ТОЛЬКО объему стенок.

Итак, разница в вытесненном объеме равна внутреннему объему сосуда. А согласно Архимеду, выталкивающая сила равна весу вытесненной жидкости - то есть разница в выталкивающей силе равна весу воздуха в объеме сосуда.

← →
Тень отца Гамлта (2007-07-09 07:56) [9]

> А когда сосуд открыт, то он вытесняет объем воздуха, равный ТОЛЬКО объему стенок.

А когда сосуд закрыт, а в нем воздух? Ведь воздух снаружи пока что ничего не знает про воздух внутри. Значит вытестится столько же, сколько при пустом сосудет. Разве нет?

← →
Юрий Зотов © (2007-07-09 07:59) [10]

>Тень отца Гамлта (09.07.07 07:56) [9]

Столько же. Но и сосуд станет тяжелее на вес воздуха в нем.

← →
Тень отца Гамлта (2007-07-09 08:14) [11]

> Юрий Зотов © (09.07.07 07:59) [10]

Мне объяснение Думкина больше нравится. А у вас получается, что сосуд становится тяжелее, потому что выталкивает больше воздуха, а больше воздуха он выталкивает, потому что становится тяжелее. Так что, имхо, все-таки важно рассматриваеть, что внутри сосуда, а не воздух снаружи.

← →
Юрий Зотов © (2007-07-09 09:06) [12]

> Тень отца Гамлта (09.07.07 08:14) [11]

Что ж, все, что могу сделать - это выразить соболезнования.

← →
Рамиль © (2007-07-09 09:23) [13]

Возьмите сосуд с невесомыми стенками 0 ой толщины и все станет понятно.
Пустой будет весить -p*V (p - плотность воздуха). Полный (не важно с открытой крышкой или закрытой) 0.
В вакууме полный будет весить +p*V,пустой 0.

← →
oldman © (2007-07-09 10:28) [14]

А...
Нас предали...
Когда в магазине на весы ставят пустую тару и весы показывают ноль, это не ноль!!!
В таре же воздух!!!
:)

← →
Углук © (2007-07-09 14:57) [15]

В вакууме сосуд будет охлажден до температуры абсолютного нуля (-273 Ц)
и движение молекул прекратится. Газ внутри сосуда превратится кристаллы, наподобие кристаллов межзвездного водорода

← →
Юрий Зотов © (2007-07-09 15:01) [16]

> Углук © (09.07.07 14:57) [15]

С какого пятака ему охлаждаться?

← →
Ega23 © (2007-07-09 15:04) [17]

> А если и вокруг вакуум? Там не действует. Неужели в вакууме
> показания весов будут одинаковыми для пустого сосуда и заполненного
> воздухом?

Что есть вес? И что есть масса?
Не путайте ж..у с пальцем!

> В вакууме сосуд будет охлажден до температуры абсолютного
> нуля (-273 Ц)
> и движение молекул прекратится. Газ внутри сосуда превратится
> кристаллы, наподобие кристаллов межзвездного водорода

Рыдал. Распечатал, повесил на стенку. Так держать! :)

← →
Углук © (2007-07-09 15:11) [18]

Потому что в космосе температура приближается к абс. нулю

← →
Углук © (2007-07-09 15:12) [19]

А речь шла про космический вакуум, я так понял

← →
Ega23 © (2007-07-09 15:13) [20]

> Потому что в космосе температура приближается к абс. нулю

Не путайте отсутствие движения молекул с отсутствие молекул.

← →
boa_kaa © (2007-07-09 15:14) [21]

> Углук © (09.07.07 15:12) [19]
>
> А речь шла про космический вакуум, я так понял
>

Определение физического вакуума погугли

← →
Углук © (2007-07-09 16:00) [22]

Я понял, что не совсем в тему ляпнул [15], но я понимал ситуацию так: в космосе плавает бутылка с воздухом. Из-за движения молекул и их ударов об стену бутылки(т.е. давления) бутылка может испытывать движение, если это давление неравномерно ( то есть в одну стенку попадает большее количество молекул). При этом в космосе температура и давление настолько низкие, что любой газ там превращается в твердое вещество.

← →
Углук © (2007-07-09 16:08) [23]

Насчет давления я опять неправильно написал. Но из-за температуры газ все равно должен замерзнуть , не так ли?

← →
oldman © (2007-07-09 16:08) [24]

Ega23!
Вот это:

"в космосе плавает бутылка с воздухом. Из-за движения молекул и их ударов об стену бутылки(т.е. давления) бутылка может испытывать движение, если это давление неравномерно ( то есть в одну стенку попадает большее количество молекул). "

Тоже на стенку повесь!

← →
oldman © (2007-07-09 16:10) [25]

> Углук ©

По анкете образование вроде высшее, а перлы прут один другого круче!
:)

← →
Ega23 © (2007-07-09 16:12) [26]

> Из-за движения молекул и их ударов об стену бутылки(т.е.
> давления) бутылка может испытывать движение, если это давление
> неравномерно ( то есть в одну стенку попадает большее количество
> молекул).

Ну откуда там Демон Максвелла возьмётся?

Допустим бутылка - 0.5 л. 1 моль газа при 1 атм. занимает объём 22,4 л.
Т.е. ~ 0.02 моля.
1 моль - 6*10^23 частиц.
0.02 моля ~ 1,2*10^22 частиц.
Какова вероятность того, что большинство из них ломанётся в одну сторону и будет ломиться туда какое-то время?
:)

← →
oldman © (2007-07-09 16:15) [27]

> Углук ©

Ты бы хоть физику вспомнил! Класс этак 6.
"В жидкости давление передается во все стороны одинаково!"
В газах, ессно, тоже.
А то бы все воздушные шарики прикольно смотрелись :)))

← →
Jeer © (2007-07-09 16:26) [28]

> Какова вероятность того, что большинство из них ломанётся
> в одну сторону

Большая, если на стенку повесить телевизор с передачей "Дом-2".

← →
oldman © (2007-07-09 16:28) [29]

> Jeer © (09.07.07 16:26) [28]
> если на стенку повесить телевизор с передачей "Дом-
> 2".

Тогда ломануться ВСЕ и бутылка расколется :)

← →
Углук © (2007-07-09 16:39) [30]

2oldman , Ega23
Если бы Вы повнимательнее читали пост [0], то увидели бы, что предположение о том, что давление неравномерно распределяется, высказал не я. Я высказал (по-моему, правильную) мысль о том, что
при температуре 0 Кельвин давления газа не будет вообще

← →
Ega23 © (2007-07-09 16:49) [31]

> при температуре 0 Кельвин давления газа не будет вообще

При температуре 0 Кельвин все вещества будут находиться исключительно в твёрдом состоянии. И не двигаться. Даже не колебаться.

А почему ты взял, что там 0К?

← →
homm_ro (2007-07-09 16:51) [32]

> При температуре 0 Кельвин все вещества будут находиться
> исключительно в твёрдом состоянии.

А какие силы застявят молекулы газа сгруппироваться в твердое вещество?

← →
Инс © (2007-07-09 17:34) [33]

> При температуре 0 Кельвин все вещества будут находиться
> исключительно в твёрдом состоянии. И не двигаться. Даже
> не колебаться.

Кто проверял? Абсолютный ноль практически недостижим ;)

> А какие силы застявят молекулы газа сгруппироваться в твердое
> вещество?

Как раз таки температура этому препятствует. Масса сама по себе является носителем энергии. Два тела, имеющих положительную массу, всегда притягиваются. Ну, а отрицательных масс вроде как в природе нет, хотя, кто знает...

← →
Инс © (2007-07-09 17:44) [34]

> При этом в космосе температура и давление настолько низкие,
> что любой газ там превращается в твердое вещество.

Вы не учли одну вещь - закон сохранения энергии. Если вокруг вакуум, то кому или чему бутылка с воздухом отдаст всю свою энергию? Я так полагаю, в абсолютном вакууме энергия останется законсервирована, возможно я ошибаюсь, не физик по образованию. А вы как считаете?

← →
Ega23 © (2007-07-09 17:44) [35]

> Кто проверял? Абсолютный ноль практически недостижим ;)

Может быть и достижим. Вот только измерить - ну никак... :)

← →
Ega23 © (2007-07-09 17:45) [36]

> Вы не учли одну вещь - закон сохранения энергии. Если вокруг
> вакуум, то кому или чему бутылка с воздухом отдаст всю свою
> энергию? Я так полагаю, в абсолютном вакууме энергия останется
> законсервирована, возможно я ошибаюсь, не физик по образованию.
> А вы как считаете?

Какая разница, что вокруг???

← →
Инс © (2007-07-09 17:48) [37]

> Какая разница, что вокруг???

Это ответ г-ну Углук на предположение, что в абсолютном вакууме воздух в бутылке замерзнет. А разница на мой взгляд существенная. Если энергию не кому передать, то куда она денется?

← →
McSimm_ © (2007-07-09 17:52) [38]

> Я так полагаю, в абсолютном вакууме энергия останется законсервирована,
> возможно я ошибаюсь, не физик по образованию. А вы как
> считаете?

Термосом умеют пользоваться не только физики в наше время.

← →
Ega23 © (2007-07-09 17:54) [39]

> Термосом умеют пользоваться не только физики в наше время.

Есть ещё излучение...

← →
Углук © (2007-07-09 17:58) [40]

Ega [23]
Из гипотезы Г.Гамова следует, что температура открытого космоса повсюду колеблется от 0 до 10 K.

← →
Углук © (2007-07-09 17:59) [41]

Измеренная температура - 4 К.

← →
McSimm_ © (2007-07-09 17:59) [42]

> Есть ещё излучение...

Конечно. Я просто акцентировал внимание на бессмысленности понятия "температура вакуума".
Будь это так, как представляет себе г-н Углук, термос с успехом использовали бы для охлаждения жидкостей.

← →
Углук © (2007-07-09 18:00) [43]

то есть четыре ( а не "минус четыре",как могут подумать некоторые) Кельвина

← →
Ega23 © (2007-07-09 18:01) [44]

> Из гипотезы Г.Гамова следует, что температура открытого
> космоса повсюду колеблется от 0 до 10 K.

ТЫ понимаешь, что ты сейчас фигню несёшь?

← →
Инс © (2007-07-09 18:01) [45]

Действительно интересно, а как можно измерить 0 K, не внеся при этом погрешность самой процедурой измерения? ;)

> Действительно интересно, а как можно измерить 0 K, не внеся
> при этом погрешность самой процедурой измерения? ;)

Как вообще её можно измерить? Без всякой погрешности?

> Как вообще её можно измерить? Без всякой погрешности?

Вы же сами сказали - излучение. Нагретое тело излучает э/м волны в том или ином диапазоне. Будучи достаточно удаленным от него, можно зафиксировать это излучение, практически не внося погрешность. Но вот при нуле тело излучает?

> See [43]

Да при чём тут это? Как "ничто" может иметь что-то?

> Но вот при нуле тело излучает?
>

Нет, конечно.

> Нет, конечно.

Согласен, вот я и задумался, а как же это можно померить... Может просто зафиксировать сам факт того, что излучение отсутствует? :-\

> Согласен, вот я и задумался, а как же это можно померить.
> .. Может просто зафиксировать сам факт того, что излучение
> отсутствует? :-\
>

Да, но чем это будет от абсолютного вакуума отличаться? :)

Что именно я неправильно мог понять в фразе

> В вакууме сосуд будет охлажден до температуры абсолютного
> нуля

Почему бы не использовать этот "феномен" в земных условиях для охлаждения. Столько энергии тратим на это...

:)

> Да, но чем это будет от абсолютного вакуума отличаться?
> :)

Например, наличием массы и гравитации. Она с температурой вроде никак не завязано. Тело при абсолютном нуле по идее должно иметь массу.

> Да, но чем это будет от абсолютного вакуума отличаться?
> :)

массой

> Углук

Температура бывает ТОЛЬКО у тел. Потому что температура есть мера скорости движения молекул, а молекулы бывают ТОЛЬКО у тел. Если тела нет, то нет и молекул - и нет никакой температуры. Двигаться нечему.

У вакуума (абсолютного) никаких молекул нет. Значит, нет у него и никакой температуры. Неприменимо к нему это понятие, потому что ваккуум - не тело.

Это - большая теория (молекулярная физика). Теперь - теория поменьше (теплообмен). Температура ТЕЛА в вакууме может быть ЛЮБОЙ. Она может не меняться, может повышаться, может понижаться - это определяется лучистым теплообменом тела с ДРУГИМИ телами. Сам же вакуум на этот самый лучистый теплообмен не влияет НИКАК. На то он и ваккум.

Теперь практика. Находясь на орбите, космонавт запросто может поджариться под воздействием теплового излучения Солнца. Если, конечно, не принять никаких специальных мер (а их принимают - не зря скафандры делают теплоотражающими и не зря у него там целый кондиционер за спиной висит). А если космонавт находится в тени (Земли, Луны, корабля и т.п.), то он может и замерзнуть. Если, конечно, тоже не принять никаких специальных мер (а их тоже принимают).

Но вакуум, как таковой, ко всем этим нагреваниям-охлаждениям никакого отношения не имеет.

2McSimm
Я говорил не про вакуум где-бы то ни было, под колпаком насоса; я про конкретный вакуум в космосе говорю.

Неудачно выразился, конечно, но понять можно! А не скалить зубы

2Юрий Зотов © (09.07.07 18:12) [57]
Понятно. В Вакууме нет теплообмена, потому что не с чем телу взаимодействовать в вакууме. На этом принципе сделан термос. Тепловое излучение блокируется фольгой, а за стенкой откачан воздух. Это все знают.

> Углук © (09.07.07 18:30) [60]
>
> 2Юрий Зотов © (09.07.07 18:12) [57]
> Понятно. В Вакууме нет теплообмена, потому что не с чем
> телу взаимодействовать в вакууме. На этом принципе сделан
> термос. Тепловое излучение блокируется фольгой, а за стенкой
> откачан воздух. Это все знают.

Есть гораздо более эффективные способы блокировать тепловое излучение, чем фольга

> Юрий Зотов © (09.07.07 07:43) [4]
всплыло :)
при равном объеме плотность тела рояль играет, учитывая, что в данной задаче воздух имеет вес.
http://delphimaster.net/view/15-1184009465/

> Юрий Зотов © (09.07.07 15:01) [16]

Соболезновать ему нет никакой причины, его вопрос действителен и для вакуума. Архимедова сила совершенно лишняя в его вопросе. Ему интересно почему газ имеет вес.

> Ega23 © (09.07.07 17:45) [36]

> Какая разница, что вокруг???

Если стенки теплопроводные - то большая.

Если воздушний шарик надуть, потом зафиксировать его обьем и выкачать воздух, он взлетит. И никакого гелия не надо, пылесосом можно выкачиваешь воздух, и он взлетает. И дирижабли по такому принципу делать можно.

Разминка для мозгов физиков :) Найти похожие ветки