Was ist die Gegenkraft zur Saugkraft?

Die Antwort auf Ihr Dilemma ist, dass keine Gegenkraft erforderlich ist.

Statistisch ist es wahrscheinlich, dass viele Moleküle in die Region kommen würden, in der das Vakuum war - aber keine Kraft drückt sie dorthin.

In der kinetischen Theorie von Gasen werden intermolekulare Kräfte und Kollisionen ignoriert, aber es werden zufällig viele Moleküle in Richtung Vakuumregion wandern. Sie setzen sich in einer geraden Linie fort, ohne dass eine Kraft wirkt, wie in Newtons 1. Gesetz.

Da sich im Vakuumbereich keine Moleküle zum Verlassen befanden, passiert es einfach zufällig, dass sich kurze Zeit später mehr Moleküle in dem Bereich befinden als zuvor und der Vakuumbereich „gefüllt“ ist.

Da die Luft von außen das Vakuum füllt, sich also bewegt, muss auf diese Luft eine Kraft wirken.

Hier kann es hilfreich sein, beispielsweise das „Zurückdrücken“ von Druckluft dem „Zurückdrücken“ eines komprimierten Metalls gegenüberzustellen. Für letztere (und für alle bekannten kondensierten Materien) ist die Volumensteifigkeit das, was wir "enthalpisch" nennen; Mit anderen Worten, das Komprimieren des Materials erhöht die innere Energie. Die Moleküle widerstehen einem Zusammenschieben aus elektrostatischen Gründen; dh eine der fundamentalen Kräfte einbeziehend. Wenn wir die innere Energie (in Joule) in Bezug auf den Kompressionsweg (in Metern) differenzieren, erhalten wir eine Kraft (in Newton).

Im Gegensatz dazu ist die Steifheit im idealen Gas das, was wir "entropisch" nennen. Das Komprimieren des Gases (bei konstanter Temperatur) erhöht die innere Energie nicht, und daher ergibt das Differenzieren der inneren Energie durch den Kompressionsabstand ... nichts. Der Widerstand gegen Kompression – und die Tendenz, sich unbegrenzt auszudehnen – ergibt sich allein aus unserer Tendenz, Anordnungen, die häufiger vorkommen, öfter wahrzunehmen. (Dies ist eine Aussage des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik.) Keine der fundamentalen Kräfte ist beteiligt; Es sind einfach viel mehr Anordnungen möglich, wenn sich ein Gas ausbreitet, um seinen Behälter zu besetzen.

Diese Unterscheidung hängt möglicherweise mit der Herausforderung zusammen, die Sie gefunden haben, eine „Kraft“ zu identifizieren, die ein Gas in ein Vakuum drückt. Eine solche enthalpische Kraft existiert nicht.

Der „Druck“ eines Gases wird aufgrund der Kollisionen zwischen Gasmolekülen – Gasmolekülen oder Gasmolekülen – Wand des Behälters erzeugt. Wenn sie nicht kollidieren, bewegen sich Gasmoleküle in geraden Linien mit gleichförmiger Geschwindigkeit , was keine äußere Kraft erfordert (Die bei den Kollisionen wirkenden Impulskräfte sind innere Kräfte des Systems).

Wenn Sie einige Gasmoleküle in eine Flasche geben, verteilen sie sich in der gesamten Flasche, da es in der Flasche keine Barrieren gibt. Aber sie können nicht durch die Wand der Flasche gehen. Wenn Sie den Deckel der Flasche öffnen, kommen einige von ihnen heraus, um den Druck innen und außen auszugleichen, weil sie die Anzahl der Kollisionen zwischen ihnen minimieren möchten [ friedliebend :) ]. Das heißt einfach, sie bewegen sich aufgrund von Druckunterschieden. Aber der wahre Grund ist, dass Sie die Barriere entfernt haben, die sie daran gehindert hat, sich frei zu bewegen.

Stell dir vor, du läufst auf einer geraden Linie und siehst eine geschlossene Tür, also drehst du um und rennst wieder. Wenn Sie das nächste Mal kommen und die Tür geöffnet wird, können Sie sich frei durch die geöffnete Tür bewegen. Hat eine Kraft auf Sie gewirkt? NEIN.

In Ihrem Beispiel bewegt sich die Luft zum Vakuum und beseitigt einfach die Druckdifferenz (dies wird oben ausführlicher erläutert) mit gleichmäßiger Geschwindigkeit . Daher wirkt keine Kraft auf die Luft. Also keine Gegenkraft!

Als Antwort auf Kommentare:

Angenommen, es gibt zwei benachbarte Räume. Ein Raum ist mit Luftmolekülen gefüllt und der andere ist ein Vakuum. Es gibt eine Tür zwischen den Räumen. Wenn die Tür geschlossen wird, treffen die Luftmoleküle einfach auf die Tür und prallen zurück, weil sie nicht eindringen können. Wenn Sie die Tür öffnen, werden die Luftmoleküle, die zur Tür kommen, in den anderen Raum gelangen. Bis die Tür geöffnet wird, geschieht dieser Vorgang. Was passiert, wenn der Druck in zwei Räumen gleich wird? Der Prozess wird fortgesetzt. Die Luftmoleküle bewegen sich immer noch durch die Tür. Aber man kann es nicht beobachten. Deshalb sagen wir, dass die Luft diffundiert und den Druckunterschied aufhebt. Aber das ist wahr, es sei denn, Sie schließen die Tür. Wenn Sie die Tür mitten im Vorgang schließen, wird der Druck in zwei Räumen nicht gleich.

Alles in allem wollte ich durch dieses Beispiel andeuten, dass keine äußere Kraft auf die Luft einwirkt, um sie zum Auffüllen des Vakuums zu drängen.

Hoffe das hilft.

Wenn ich das richtig verstehe, geht es bei dieser Frage um das dritte Newtonsche Gesetz. Wenn ein Gas auf etwas Druck ausübt, muss etwas dem Gas eine entgegengesetzte Kraft verleihen. Denken Sie daran, dass Gegenkräfte in Newtons drittem Gesetz Bewegung nicht verhindern. Wenn ich einen Ball mit meinem Finger drücke, bewegt sich der Ball nach vorne, mein Finger will zurück. Ich stoppe meinen Finger, der sich mit meinem Arm zurückbewegt, und mein Arm will sich jetzt zurückbewegen. Ich halte meinen Arm an, während meine Beine mit dem Boden verbunden sind, damit der Boden sich zurückbewegen möchte. Der Boden ist riesig, also bemerken wir nicht, dass er sich zurückbewegt.

Stellen wir uns eine Luftschicht namens l oder L vor. Vorne ist unser Vakuum, V. Dahinter ist der Rest unserer Luft, A. Jetzt habe ich ein Textdiagramm:

V l A

Mikroskopisch gesehen kollidieren Luftmoleküle von A mit Luftmolekülen von L. Wenn also ein Molekül von L einen Tritt bekommt, bekommen Luftmoleküle von A einen Tritt in die entgegengesetzte und gleiche Richtung. Dies gilt für jede Schicht im Gas.

Stellen wir uns nun V und A als Raumregionen vor, in die sich Partikel hinein- und hinausbewegen können, wie Voxel in Minecraft, und l ist die Grenze zwischen zwei Voxeln. Die gleiche/entgegengesetzte „Kraft“ ist eher so: Im L-Ruhesystem bewegen sich gleiche Anzahlen von Teilchen von L in Richtung V und in Richtung A. Daher bewegt sich ein gleicher und entgegengesetzter Impuls sowohl in Richtung V als auch in Richtung A. Dies ist$F = \frac{dp}{dt}$, eine Änderung des Impulses über die Zeit für eine Region des Weltraums.

Der Vakuumbereich V gewinnt von A an Schwung, weil er an Geschwindigkeit gewinnt. Es erfährt also eine positive Kraft in Windrichtung.

Die Luftregion A verliert an Impuls an V, wenn sich Teilchen mit Impuls von A nach V bewegen. Sie erfährt also die entgegengesetzte und gleiche negative Kraft.

Nun, nach einem Moment, ist der Vakuumbereich V kein Vakuum mehr. Es ist jetzt eine Region mit hauptsächlich Vakuum und einer dünnen Schicht von Material, die sich hineinbewegt hat.

Wenn Sie die Kraft nicht auf diese Weise erklären möchten und sich vorstellen, dass es auch keine Kollisionen gibt, folgen Sie einfach einem Haufen Teilchen, die keine Kräfte erfahren. Es gibt keine Kräfte, aber weil es auf der einen Seite mehr Teilchen als auf der anderen gibt, bleiben diejenigen, die sich bereits auf das Vakuum zubewegt haben, am Ende weiter und füllen somit das Vakuum auf. Weil wir davon ausgehen, dass sich die Teilchen in einem Gas in zufällige Richtungen bewegen, mussten einige zwangsläufig in Richtung Vakuum zeigen.

Ein Bauer hat 10 Hektar Land, das von der Umgebung eingezäunt und in der Mitte in zwei Teile von je 5 Hektar geteilt ist. In der Mitte befindet sich ein Tor, das den Durchgang zwischen den beiden Hälften ermöglicht. Er setzt seine Schafe in die eine Hälfte des Landes mit geschlossenem Tor. Eines Tages beschloss er, das Tor zu öffnen und ließ es offen. Nach ein oder zwei Tagen fand er heraus, dass einige der Schafe in der ehemals leeren anderen Hälfte des Landes sind. Die Schafe fangen an, die leere Hälfte zu füllen, indem sie sich einfach umsehen. Dasselbe gilt dafür, wie Luft ein Vakuum füllt. Niemand drängte die Schafe, auf die andere Seite zu gehen, sie wunderten sich nur darüber, weil Schafe dazu neigten, sich zu bewegen. Luftmoleküle sind nicht stationär. Sie bewegen sich umher und stolpern in das ungefüllte Vakuum. So wie nichts die Schafe davon abhält, sich zu bewegen. Es gibt keine Gegenkraft.

Um mit dieser Analogie fortzufahren, die Schafe, die aneinander stoßen, und der Zaun wären der Druck. Je mehr Schafe es gibt, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass sie zusammenstoßen und desto wahrscheinlicher, dass einige von ihnen in die leere Hälfte des Landes geschoben wurden. Je höher der Druck, desto schneller wird das Vakuum gefüllt.

Wenn ich sage, dass es keine Kraft gibt, um die Schafe zu treiben, meinte ich keine äußere Kraft. Die Schafe werden immer noch aneinander stoßen und gegeneinander stoßen.

Da die Luft von außen das Vakuum füllt, sich also bewegt, muss auf diese Luft eine Kraft wirken.

Zur Beschleunigung wird Kraft benötigt. Wenn sich die Luft mit konstanter Geschwindigkeit bewegt, ist keine Kraft erforderlich. Natürlich war eine gewisse Kraft erforderlich, um die Moleküle in Bewegung zu bringen, und diese Kraft bei einer Kollision mit einem anderen Molekül. Dieses Molekül bewegt sich dann in die entgegengesetzte Richtung. Auf molekularer Ebene analysiert, erzeugt das, was wir als "Sog" sehen, selbst keine Kraft. Sie wird vielmehr durch bereits vorhandene Kräfte erzeugt.

Bei makroskopischer Analyse des Systems wird jedoch ein "fehlendes" Momentum vorhanden sein; Die Moleküle, die durch das Loch gehen, nehmen einen gewissen Impuls mit, wodurch die verbleibenden Moleküle einen Nettoimpuls in die entgegengesetzte Richtung haben. Die Moleküle, die durch das Loch gehen, hätten, wenn das Loch nicht da gewesen wäre, die Wand getroffen und eine Kraft auf die Wand ausgeübt. Es gibt daher ein Ungleichgewicht, bei dem mehr Moleküle auf eine Seite treffen als auf die andere, und das wird eine Nettokraft verursachen.

Das Erzeugen eines Vakuums erfordert eine äußere Kraft. Um es zu erzeugen, drückt die Pumpe ständig Luft heraus. Um sie aufrechtzuerhalten, werden die Wände der abgedichteten Kammer von der Außenluft angedrückt.

Das Erstellen einer Hochdruckzone ist ähnlich, wobei die Pumpe Luft hineindrückt und dann die Wände die Luft drinnen halten (Wände werden durch das Gas mit höherem Druck im Inneren nach außen gedrückt).