Stellen Sie sich vor, wir werfen jemandem einen heißen Kuchen auf die Tasse. Als es am Zielort ankommt, wurde es etwas weniger heiß.
Stellen Sie sich vor, der Chelyabinsk-Meteor dringt in die Atmosphäre ein. Es ist kalt, wenn es eintritt, aber es wird schnell sehr heiß und explodiert heftig.
Aber wo ist die Grenze? Bei welcher Geschwindigkeit verliert ein Objekt, das sich durch die Atmosphäre bewegt, keine Wärme mehr und beginnt, sie durch Reibung zu gewinnen? Kühlt oder erwärmt sich eine aus einer Schusswaffe abgefeuerte Kugel während des Fluges?
Objekte, die sich in der Atmosphäre bewegen, gewinnen und verlieren thermische Energie durch mehrere Mechanismen.
Erstens gibt es eine Hautreibungserwärmung, bei der es sich um die Umwandlung von kinetischer Energie in Wärmeenergie aufgrund der Viskosität des Fluids handelt. Dies führt meist direkt zu einer Erwärmung der Fluidschichten in der Nähe des bewegten Körpers.
Bei hohen Geschwindigkeiten, wie Meteoren, die in die Atmosphäre eintreten, ist ein wichtigerer Effekt die Kompressionserwärmung. Ein Körper, der sich mit vielfacher Schallgeschwindigkeit bewegt, erzeugt eine Kompressionsstoßwelle, die durch sehr hohe und schnelle Kompression die Luft vor ihm stark erhitzt.
Dann gibt es eine Wärmeübertragung zwischen dem sich bewegenden Körper und der umgebenden Flüssigkeit, die durch Leitung und Strahlung stattfindet. Sie haben einen Körper mit einer bestimmten Temperatur, eine Flüssigkeit in der Nähe, die durch Viskosität oder Kompression erhitzt wurde, und eine weiter entfernte Flüssigkeit, die Umgebungstemperatur hat. Die Nettoenergieflüsse zwischen diesen dreien sagen Ihnen, wie sich die Temperatur des sich bewegenden Körpers ändert, wobei wie immer Wärme von heißeren Körpern zu kälteren fließt.
In einigen Fällen dominiert eine Sache. Ein Meteor, der in die Atmosphäre eindringt, erzeugt eine erhitzte Gasregion, die bei etwa 10.000 K liegt (siehe Warum erhitzen sich Meteore, wenn sie durch die Atmosphäre fallen? ), und diese komprimierte Region in Kontakt mit dem Meteor heizt ihn ziemlich schnell auf.
Andererseits bewegt sich das Werfen einer heißen Torte durch den Raum sehr langsam und erzeugt sehr wenig Erwärmung in der Atmosphäre mit niedriger Viskosität, so dass der dominierende Effekt einfach darin besteht, dass die Torte Wärme an ihre Umgebung verliert, einfach weil sie heißer ist. Es könnte etwas schneller abkühlen als wenn es stationär wäre, weil ein stationärer Kuchen die Luft um ihn herum aufheizt und einen Temperaturgradienten erzeugt, der seine Abkühlung verlangsamt, während ein geworfener Kuchen immer erhitztes Gas hinterlässt und sich in einen Gasbereich mit Umgebungstemperatur bewegt. so behält es eine etwas höhere Wärmedifferenz zu seiner Umgebung bei.
Für eine Kugel ist das schwer zu sagen. Wenn es Umgebungstemperatur hätte, würde es sich leicht erhitzen, wenn es sich durch die Atmosphäre bewegt, da seine kinetische Energie durch Luftwiderstand in Wärme (in der Kugel und in der Luft) umgewandelt wird. Aber das Geschoss wird auch durch das heiße Gas im Gewehrlauf erhitzt, das es beschleunigt, sodass es wahrscheinlich etwas über der Umgebungstemperatur liegt, wenn es das Gewehrrohr verlässt. Aber im Allgemeinen ist die Berechnung, wie stark die umgebende Atmosphäre erwärmt wird (und wie dieses heiße Gas räumlich verteilt ist) und wie die Wärme zwischen dem sich bewegenden Körper und der umgebenden Flüssigkeit fließt, eine komplizierte Frage, die eine detaillierte Modellierung erfordert und auch nicht keine schöne einfache Antwort geben, außer in sehr vereinfachten Fällen.