Welche Kraft wirkt auf den Behälter?

Vorwort: Ich versuche seit mehreren Tagen, dieses Problem zu lösen: [Bewegt sich die Flasche durch Diffusion nach links?] Aber die dort präsentierten Antworten sind widersprüchlich. Einige sagen, dass sich die Flasche nicht bewegt. Einige sagen, die Flasche wird sich bewegen. Aber ich konnte keinen eindeutigen Grund finden. Ich dachte an eine Möglichkeit, dies in der Praxis umzusetzen. Ich glaube, da war ich ein bisschen erfolgreich. Aber ich hatte dieses Problem, bei dem ich um Ihre Hilfe bitte. Obwohl ich ehrlich sagen kann, dass dies weder ein Duplikat der vorherigen Frage noch eine direkte Antwort auf diese Frage ist.

Ein kastenartiger Behälter wird auf einer reibungsfreien horizontalen Ebene platziert. Angenommen, es befinden sich gasförmige positive Ionen im Behälter. Sie sind gleichmäßig im Behälter verteilt. Daher befindet sich ihr Massenschwerpunkt in der Mitte des Systems (beachten Sie, dass der Massenschwerpunkt des Behälters ebenfalls in der Mitte liegt). Jetzt werden die positiven Ionen von einem negativ geladenen Objekt außerhalb des Behälters auf die linke Seite gezogen. Die positiven Ionen konzentrieren sich dann nach links. Anscheinend gibt es dann zusätzlichen Druck auf die linke Wand des Behälters. Daher beschleunigt der Behälter mit positiven gasförmigen Ionen nach links. An diesem Punkt wiegt der Massenmittelpunkt des Systems leicht nach links (weil es eine externe Kraft gibt, die durch das negativ geladene Objekt verursacht wird). Jetzt wird das negativ geladene Objekt sofort entfernt. Dann ist die äußere Nettokraft auf das System Null. Daher bewegt es sich gleichmäßig mit der erhaltenen Geschwindigkeit. Aber hier müssen sich die positiven Ionen nun wieder langsam und gleichmäßig im Behälter ausbreiten. Dann kehrt der Massenmittelpunkt in die Mitte der Schüssel zurück. Da sich aber der Massenschwerpunkt des Systems auf einer bestimmten Bahn mit gleichförmiger Geschwindigkeit bewegt, muss sich der Massenschwerpunkt des Behälters (ohne Ionen) nach links verschieben, wenn sich der Massenschwerpunkt der gasförmigen Ionen nach rechts verschiebt. Das heißt, von außen scheint der Behälter leicht nach links zu beschleunigen. Aber was erzeugt diese Kraft über dem Container hier, um ihn zu beschleunigen? Dann kehrt der Massenmittelpunkt in die Mitte der Schüssel zurück. Da sich aber der Massenschwerpunkt des Systems auf einer bestimmten Bahn mit gleichförmiger Geschwindigkeit bewegt, muss sich der Massenschwerpunkt des Behälters (ohne Ionen) nach links verschieben, wenn sich der Massenschwerpunkt der gasförmigen Ionen nach rechts verschiebt. Das heißt, von außen scheint der Behälter leicht nach links zu beschleunigen. Aber was erzeugt diese Kraft über dem Container hier, um ihn zu beschleunigen? Dann kehrt der Massenmittelpunkt in die Mitte der Schüssel zurück. Da sich aber der Massenschwerpunkt des Systems auf einer bestimmten Bahn mit gleichförmiger Geschwindigkeit bewegt, muss sich der Massenschwerpunkt des Behälters (ohne Ionen) nach links verschieben, wenn sich der Massenschwerpunkt der gasförmigen Ionen nach rechts verschiebt. Das heißt, von außen scheint der Behälter leicht nach links zu beschleunigen. Aber was erzeugt diese Kraft über dem Container hier, um ihn zu beschleunigen?

Die vorherige Frage diskutiert die Notwendigkeit, dass der Schwerpunkt fixiert ist, aber niemand weist darauf hin, welche Kraft dafür verantwortlich ist. Das frage ich hier.

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Antworten (2)

Wenn die Ionen keine Temperatur von 0 haben, haben sie zufällige thermische Geschwindigkeiten. Einige bewegen sich zufällig nach links und andere nach rechts. Solange der Schwerpunkt der Ionen auf der linken Seite des Kastens liegt, kollidieren die sich nach links bewegenden Ionen früher mit der Kastenwand und geben ihren Impuls in kürzerer Zeit ab. F = D P D T wird auf der linken Seite größer sein als auf der rechten Seite, da dp gleich ist, aber dt kleiner ist.

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Nehmen wir an, das negativ geladene Objekt ist weg und die Felder sind weg. Einen Moment später befinden sich die Ionen immer noch auf der linken Seite der Box. Die Kraft tritt während des Ausbreitungsprozesses in der Kiste auf, deshalb beginne ich mit der Erklärung, bevor sie sich ausgebreitet haben, aber nachdem das negativ geladene Objekt entfernt wurde. Sicherlich wird es keine Kraft mehr geben, nachdem sie sich ausgebreitet haben, aber zu diesem Zeitpunkt wird auch das CoM von allem fertig sein, sich anzupassen.

Sie haben Recht, wenn Sie sagen, dass die Kiste und ihr Inhalt nach links gleiten, wenn die anziehende äußere Kraft ausgeübt wird, und mit konstanter Geschwindigkeit weiter gleiten, wenn die Kraft abgeschaltet wird. Unmittelbar nach dem Abschalten der Kraft tritt jedoch ein vorübergehender Effekt auf, wenn die positiven Ionen zufällig in der gesamten Box neu verteilt werden. Der Massenmittelpunkt der Kiste und ihres Inhalts verschiebt sich relativ zum Massenmittelpunkt der Kiste allein nach rechts. Da jedoch keine äußere Kraft beteiligt ist, bewegt sich der kombinierte Massenschwerpunkt weiterhin mit konstanter Geschwindigkeit nach links - die Box selbst bewegt sich relativ dazu.

Die Situation ist analog zu einem Floß mit einigen Passagieren, das mit konstanter Geschwindigkeit stromabwärts schwimmt. Wenn sich die Passagiere von nahe der Vorderseite des Floßes zu näher der Rückseite bewegen, verschieben sie den Schwerpunkt des kombinierten Floß/Passagier-Systems relativ zum Massenschwerpunkt des Floßes allein. Der Effekt besteht darin, dass das Floß vorübergehend beschleunigt wird, wenn sich die Passagiere rückwärts bewegen, und dann abgebremst wird, wenn sie anhalten. Während der gesamten Bewegung bewegt sich der Massenmittelpunkt des Floßes und der Passagiere zusammen weiterhin mit einer konstanten Geschwindigkeit mit der Strömung.

Die Kraft, die das Floß vorübergehend beschleunigt, ist die Kraft, die von den Passagieren aufgebracht wird, um sich daran entlang zu bewegen. Im Fall der Box ist die Kraft auf den Aufprall der positiven Ionen zurückzuführen – für einen vorübergehenden Zeitraum, nachdem die externe Kraft abgeschaltet wurde, werden die positiven Ionen weiterhin auf eine Seite der Box stärker als auf die andere einwirken, bis sie allmählich auftreffen und verteilen sich zufällig in einen Gleichgewichtszustand, in dem sie auf beiden Seiten der Box die gleiche Wirkung haben.

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