Warum verschiebt sich der Schwerpunkt des Eisbehältersystems ohne äußere Nettokraft?

Stellen Sie sich einen Eiswürfel in einem Behälter mit flachem Boden vor (die Basis ist sehr breit). Die Temperatur des Systems wird zunächst auf eine Temperatur von minus Celsius festgelegt, aber dann wird das System auf einem Tisch belassen, wobei die Oberseite zur Atmosphäre hin offen ist.
Das Eis beginnt zu schmelzen, und schließlich gibt es nur noch Wasser, das über den Boden des Behälters verteilt ist (Wasser berührt die Wände des Behälters nicht, daher sieht es aus, als wäre Wasser auf den Boden geschüttet)
. H 2 Ö -Behältersystem bewegt sich nach unten, weil die Höhe der Wassermoleküle sinkt.
Aber dieses System erfährt die ganze Zeit über keine äußere Nettokraft. Daher sollte der Massenmittelpunkt dieses Systems überhaupt nicht beschleunigen!
Wie wird dieser Widerspruch gelöst? Ich habe das Gefühl, dass sich der Massenmittelpunkt nur sehr langsam bewegt, da das Schmelzen sehr langsam ist, aber das erklärt die Dinge immer noch nicht. Wenn der Raum beispielsweise sehr heiß war, wäre das Schmelzen nicht gewesen langsam, oder?

Bearbeiten: Viele Leute sind wahrscheinlich verwirrt darüber, welche Perspektive ich einnehme. Lassen Sie den Behälter und das Wasser (fest / flüssig) ein einziges System sein. Wir können sie uns zusammen als eine Punktmasse vorstellen. Diese Punktmasse befindet sich im Gleichgewicht und im Ruhezustand, an der Position des Massenschwerpunkts des Eis + Behältersystems (sagen wir, in einer Höhe „h“ über dem Tisch. Es können innere Kräfte
innerhalb der Punktmasse auftreten, aber die äußere Nettokraft (resultierend) ist die ganze Zeit null. Daher muss nach Newtons erstem Gesetz die Punktmasse im Gleichgewicht und damit in Ruhe bleiben. Aber wenn Eis schmilzt, hat sich die Position des Massenmittelpunkts des Systems Eis + Behälter nach unten verschoben!
Daher muss sich die Punktmasse nach unten bewegen, wenn keine resultierende äußere Kraft vorhanden ist. Die Gravitationskraft auf Eis + Behälter wird durch die normale Reaktion des Tisches auf den Behälter aufgehoben.

Was ist mit der Schwerkraft?
Auf ihn wirken viele Kräfte: a) Schwerkraft, b) Kontakt mit Behälterwänden, c) Luftdruck usw
Die äußere Nettokraft des Wasserbehältersystems ist Null. Das System ruht auf einem Tisch.
Wenn es keine Schwerkraft gäbe, würde das Wasser, das aus dem Schmelzen des Eises resultiert, nicht am Boden bleiben ... Also gibt es entweder Schwerkraft, oder Sie müssen beweisen, dass sich der Schwerpunkt ändern würde. Du kannst nicht beides haben. youtube.com/watch?v=gTqLQO3L4Ko

Antworten (3)

Für jedes Wassermolekül im Eiswürfel müssen zwei Kräfte berücksichtigt werden: die elektromagnetische Kraft und die Schwerkraft. Wenn der Eiswürfel gefroren ist, haben die Moleküle eine geringe kinetische Energie, sodass sie an ihrer starren Kristallstruktur haften bleiben, die ausreicht, um der Schwerkraft entgegenzuwirken. Wenn sie etwas mehr kinetische Energie haben (dh bei höherer Temperatur), können sie sich aus ihrer kristallinen Struktur lösen und können so der Gravitationskraft nicht entgegenwirken.

Dass die Wassermoleküle beschleunigt werden, ist in Ordnung – den Wassermolekülen wird beim Erhitzen zusätzliche Energie zugeführt.

Ich mache mir keine Sorgen um die inneren Kräfte im Wasser oder zwischen Wasser und Behälter. Wenn sowohl Wasser als auch Behälter als Ganzes betrachtet werden, sind sie bereits im Gleichgewicht, richtig?
Aber wie Sie bemerkt haben, ist das Wasser+Behälter-System nicht im Gleichgewicht. Denn es findet eine Energieübertragung von der Umgebung auf das System statt.
Ich hatte gesagt, dass das Wasser+Behälter-System im Gleichgewicht ist.
Wie kann Energieübertragung ein System beschleunigen?
Aber das System Wasser+Behälter ist nicht im Gleichgewicht – es heizt sich auf. Die Temperatur eines Systems hängt mit der kinetischen Energie des Teilchens darin zusammen (siehe diese Wikipedia-Seite) . Wenn Sie also die Temperatur eines Systems erhöhen, erhöhen Sie die durchschnittliche kinetische Energie und damit auch die durchschnittliche Geschwindigkeit der Teilchen im System (Beschleunigung).
Wenn wir uns die Gesetze der Thermodynamik noch einmal ansehen, ist es thermodynamisch unmöglich, ein System zu erwärmen und ihm kinetische Energie zu geben. Was Sie sagen, ist, dass die Moleküle innerhalb des Systems eine höhere durchschnittliche kinetische Energie als zuvor haben, aber insgesamt sind die Geschwindigkeiten aller Moleküle immer gleich angenommen, sich zu Null zu addieren, und somit dem gesamten System keine resultierende Geschwindigkeit zu geben. Wenn das, was Sie sagten, möglich wäre, wäre es möglich gewesen, ein System durch Erhitzen zu beschleunigen, was ein Wunder ist, das Wissenschaftlern helfen könnte, Millionen zu lösen von Problemen.
"es ist thermodynamisch unmöglich, ein system zu erwärmen und ihm kinetische energie zu geben" - woher hast du das gelernt? Die Temperatur ist ein Maß für die durchschnittliche kinetische Energie!! Ich denke, jetzt sind wir wieder bei meiner ursprünglichen Antwort: Durch das Erhitzen des Systems werden die Bindungen zwischen den Wassermolekülen aufgebrochen, sodass sie der Schwerkraft nicht entgegenwirken können, sodass sie sich nach unten bewegen, und daher bewegt sich das gesamte System nach unten.
Ich habe aus der Tatsache zitiert, dass die kinetische Energie eines Körpers durch Umwandlung in Wärmeenergie (Reibung) reduziert werden kann, aber Sie können die Wärme nicht "vollständig" wieder in kinetische Energie umwandeln. Ich entschuldige mich für die falsche Verwendung. es war in Eile. Ich habe kein Problem mit der Analyse, die Sie durchführen, indem Sie "innerhalb" des Systems schauen. Aber ich suche eigentlich nach einer Erklärung von "außerhalb" des Systems. Sie können sich auf die Bearbeitung beziehen, die ich an meiner vorgenommen habe Frage, die erklärt, aus welcher Perspektive ich schaue

Sobald der Eisblock zu schmelzen beginnt, kann man ihn nicht mehr als System betrachten, er bleibt also kein starrer Körper mehr. Folglich können Sie das Newtonsche Gesetz nicht darauf anwenden. Frieden ;)

Einfach gesagt, das Eisbehältersystem ist nicht geschlossen; Es gibt äußere Gravitationskräfte.

Wenn Sie die Erde und den Behälter als einen Teil und das Eis/flüssige Wasser als den anderen Teil eines neuen, geschlossenen Systems betrachten, steigt die Erde (ein kleines bisschen) und das CofM dieses Systems , wenn das Wasser schmilzt und herunterfällt bleibt unverändert

Wollen Sie damit sagen, dass ein System aus Wasser und Behälter nicht im Gleichgewicht ist? Wenn ja, warum?
Wir sprechen nicht von Gleichgewicht, wir sprechen von geschlossen. Eine explodierende Handgranate ist nicht im Gleichgewicht, bis sie explodiert ist, aber der Massenmittelpunkt der Granate bleibt während der gesamten Explosion unbeschleunigt.
"Eine explodierende Handgranate ist nicht im Gleichgewicht" - erklären Sie, weil Sie gerade gesagt haben: "Massenmittelpunkt der Granate bleibt unbeschleunigt"
Wenn Sie eine stationäre Handgranate im Vakuum im Weltraum explodieren lassen, verteilen sich die Teile "gleichmäßig" im Raum, wobei der Massenschwerpunkt der Granate intakt bleibt. Wenn ein hypothetischer Eisbehälter in einem geschlossenen Behälter im schwerkraftfreien Weltraum schmilzt und keine Oberflächenspannung hätte (hypothetisch!), würde das Wasser in kubischer Position bleiben.
Ja, dieser Punkt ist im Fall eines schwerkraftfreien Raums richtig, aber in diesem Fall muss sich der Behälter verschieben, damit der CofM des Systems in seiner Ausgangsposition bleibt, wenn sich der CofM des Wassers nach unten verschiebt, wenn keine äußere Nettokraft vorhanden ist nach oben! (in Bezug auf die Tabelle). Daher muss der Behälter in die Luft gehen! Also gibt es so etwas wie für jedes unendlich kleine Zeitintervall, in dem eine sehr kleine Menge Eis geschmolzen ist, der Behälter um ein sehr kleines Stück in die Luft steigt Höhe, und dann zieht die Schwerkraft sie nach unten? Das muss so sein (wenn man in ein sehr starkes Mikroskop schaut), dass sich der Behälter sehr schnell auf und ab bewegt !!
Warum verschiebt sich der Schwerpunkt des Eisbehältersystems ohne äußere Nettokraft?
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