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Titolo: Perche' le molecole d'aria non si fermano mai?

  Ogni molecola d'aria sbatte contro le altre molecole, contro i muri,
le persone, le foglie e contro ogni altra cosa, poi, dopo ogni urto,
riprende la sua corsa e va a sbattere continuamente di qua e di la',
senza fermarsi mai.
 
  Ad esempio, le molecole d'aria di un palloncino si scontrano tra loro
e contro le pareti e, nonostante tutti questi urti non perdono
velocita', e il palloncino (se non ci sono perdite d'aria) non si
sgonfia mai.
 
  Perche', a furia di sbattere di qua e di la', le molecole non perdono
energia fino a fermarsi?
 
  Possibile che i loro urti siano cosi' *perfettamente* e
*assolutamente* elastici da non disperdere mai neanche un briciolo
d'energia?
 
-- 
-- Luigi Fortunati


 
 
-- 
1) Resistere, resistere, resistere.
2) Se tutti pagano le tasse, le tasse le pagano tutti
Soviet_Mario - (aka Gatto_Vizzato)

 energia fino a fermarsi?
 
Perche' appena una si fermasse, viene nuovamente urtata.
 
Quella strana tendenza che lei vede nella realta' macroscopica che gli
oggetti tendono a raggiungere una posizione di riposo e' principalmente
dovuto all'attrito, ma nel microscopico mondo delle molecole, non esiste
attrito, esistono solo inerzia ed urti. Anzi, la piena "realizzazione"
del principio di inerzia e' quello che differenzia il mondo microscopico
molecolare dalle sue esperienze personali visive. Una molecola, finche'
non viene sottoposta ad una "azione", continuera' a muoversi per sempre
in linea retta. Quindi, anche se una molecola "si fermasse", prima o poi
viene urtata da un'altra molecola di passaggio che ancora non si e'
"fermata". E tutto ricomincia.


  D'accordo, pero' le molecole dell'aria si fermerebbero senz'altro se
venisse a mancare il carburante, che e' il calore.
 
  Se la Terra si ritrovasse lontana da Sole (sperduta nello spazio
remoto) e senza il calore interno che sale verso la superficie (vedi i
vulcani), allora, col tempo, la temperatura s'abbasserebbe fino ad
avvicinarsi allo zero assoluto, i componenti dell'aria (ossigeno e
azoto) cambierebbero stato, diventando liquidi, e le molecole
smetterebbero d'allontanarsi l'una dall'altra.
 
  Senza la giusta temperatura, ci sarebbe soltanto l'aria liquida, e
nessun gas.
 
-- 
-- Luigi Fortunati

 nessun gas.
 
allo zero assoluto ok. Ma a una qualsiasi temperatura reale, 
ancorché bassa e magari di molto inferiore alla T di 
liquefazione (o solidificazione), esiste sempre una certa 
frazione di gas in equilibrio col liquido o solido. 
Ovviamente le molecole sono molto lente in questo gas (e non 
a caso producono una pressione parziale di vapore 
estremamente bassa, che indica POCHE molecole, e appunto 
anche abbastanza lente).
 
Allo zero assoluto esistono solo solidi allo stato 
fondamentale (la vibrazione di minima energia).
 
Cmq la condensazione di un gas estremamente rarefatto e 
magari in uno spazio di grande volume in rapporto alla 
superficie (es. una sfera) è un processo cineticamente molto 
lento, per cui si potrebbe avere un periodo di vapore 
sottoraffreddato. Nel senso che se le molecole si 
incontrano, condensano e restano attaccate perché sono 
abbastanza fredde per aderire anche con legami debolissimi, 
come tra due atomi di elio. Tuttavia si incontrano solo ogni 
morte di papa, e quindi gli atomi isolati rimangono a lungo 
dispersi. In altre parole, se il gas è già molto freddo, 
molto rarefatto, e in grosso volume, anche raffreddando le 
pareti ulteriormente, non sarebbe affatto istantaneo un 
cambiamento di fase. PEraltro è una forzatura anche chiamare 
quel vapore sottoraffreddato : è semplicemente rimasto caldo 
perché in quelle condizioni è un ottimo isolante, e il 
freddo delle pareti impiega tanto tempo per catturare i rari 
atomi vaganti.
 
Ci sono anche sistemi per raffreddare non attraverso 
contatto materia-materia, ma non li ho mai capiti e quindi 
non so in cosa consista realmente il confinamento coi laser 
e roba simile


 
 
Ma l'OP, in realta', chiede un'altra cosa, come si evince dal thread "fotocopia" (perche' ha lo stesso identico titolo) in free.it.scienza.fisica. Cito:
 
"Perche', a furia di sbattere di qua e di la', le molecole non perdono
energia fino a fermarsi?
Possibile che i loro urti siano cosi' *perfettamente* e *assolutamente* elastici da non disperdere mai neanche un briciolo d'energia?"
 
 
Pertanto il fatto che le molecole vengono continuamente urtate non e' una risposta. per rispondere bisogna descrivere il processo d'urto dimostrando che e' perfettamente elastico oppure no.
 
Tra l'altro la risposta che l'OP si da' nell'altro thread, ovvero:
 
"Un'ottima risposta (poi ritrattata) era stata che il calore che si
disperde con gli urti delle molecole viene reintegrato da un calore
entrante (ad esempio quello del Sole)"
 
non c'entra nulla con quello che ha chiesto, dimostrando che non ha capito nemmeno la domanda che lui stesso ha posto.
 
--
BlueRay

 e roba simile
 
Se posso permettermi una "spiegazione" semplificata (cioe'
a livello delle mie conoscenze ;-) del laser cooling...
 
Un gas di atomi uguali e' contenuto in un recipiente, 2 fasci laser
aventi uguale direzione che chiameremo asse x ma versi opposti e
con la stessa frequenza f fissata leggermente *minore* di quella di
una opportuna transizione elettronica degli atomi del gas irraggiato
incidono su 2 finestre trasparenti create nelle pareti del recipiente, nel
riferimento di un atomo di gas che abbia ad es. componente x della
velocita' positiva il fascio che si propaga con velocita' negativa avra'
frequenza maggiore di f e quello che si propaga con velocita' positiva
avra' frequenza minore di f (effetto Doppler), quindi sara' piu'
probabile l'assorbimento da parte dell'atomo di un fotone del primo
fascio avente quantita' di moto opposta a quello dell'atomo e sara'
piu' probabile che nell'assorbimento l'atomo venga frenato piuttosto
che accelerato, in questo modo il gas globalmente perdera' energia
cinetica e si raffreddera' (si possono anche installare altre 2 coppie di
fasci laser diretti come gli assi y e z e per essi si ragiona analogamente).
 
Si potrebbe pensare che nella riemissione del fotone assorbito
l'atomo riacquistasse rinculando l'energia cinetica perduta in
precedenza, ma dato che l'emissione spontanea e' isotropa
allora risulta che statisticamente l'effetto netto del processo
di assorbimento+emissione e' una diminuzione dell'energia
cinetica dell'atomo, almeno fino a quando la velocita' di traslazione
media degli atomi non diventa paragonabile a quella di rinculo
nell'emissione spontanea, allora non e' piu' possibile raffreddare
efficacemente gli atomi.
 
Ciao
-- 
Giorgio Bibbiani

La cosa che mi fa riflettere è la seguente:
 
che l'OP faccia una affermazione, tutta da validare e/o perlomeno giustificare; e giù a rispondere a tale supposizione fuori da qualsiasi logica... prima di affaticarsi nei meandri delle supposizioni dell'OP magari sarebbe cosa buona considerarle per quelle che sono.
"non si fermano mai" Chi lo dice? Passa la giornata con loro?

 realmente il confinamento coi laser e roba simile
 
  Il raffreddamento (cessione di calore) puo' avvenire per conduzione,
convenzione o irraggiamento.
 
  Quest'ultimo non ha bisogno di contatto con altra materia, ed e'
quello che avverrebbe in un palloncino gonfio d'aria nello spazio
remoto interstellare.
 
  Il prof. Fabri ha fatto il conto che la temperatura dell'aria in un
tale palloncino, scenderebbe di ben 153 gradi (da 273K e 120K) in
(circa) 2 ore e mezza.
 
-- 
-- Luigi Fortunati


  E prima di affaticarsi nei meandri delle supposizioni di marcofuics
sarebbe cosa buona e giusta chiedersi se le molecole dell'aria (come
quelle di qualunque altro gas) dopo essersi urtate si fermano oppure 
no.
 
-- 
-- Luigi Fortunati

 Ciao


 (circa) 2 ore e mezza.
 
cmq il punto è che avevo frainteso. PEnsavo che chiedessi 
come mai non si disperde in calore negli urti in un sistema 
ALL'EQUILIBRIO. Se è molto lontano, allora i flussi termici 
ci sono eccome, solo che ugualmente non li chiamerei 
dissipazioni nel senso a cui si pensa quando si parla, che 
so, di attrito.


 o c'è sotto complicazioni varie ?
 
Ciao
-- 
Giorgio Bibbiani

Nel messaggio precedente ho scritto:
 
"un fotone emesso in modo
spontaneo ha q.d.m. e quindi velocita' diretta in modo
casuale rispetto a quella iniziale dell'atomo (siamo nel caso
non relativistico), quindi l'emissione in media nel 50% dei
casi fara' diminuire la velocita' e l'energia cinetica,
nell'altro 50% le fara' aumentare."
 
Mi correggo, in realta' il fotone emesso spontaneamente fa
aumentare la velocita' dell'atomo in piu' del 50% dei casi
(ad es. se avesse una direzione formante un angolo di 90°
rispetto a quella della velocita' iniziale dell'atomo farebbe
ancora aumentare la velocita' dell'atomo), comunque si
fa in modo che statisticamente risulti preponderante
l'effetto della diminuzione di energia cinetica per
assorbimento di un fotone rispetto all'eventuale aumento
per emissione spontanea.
 
Ciao
-- 
Giorgio Bibbiani
 


ho ancora un chiarimento da chiederti.
Se il sistema si raffredda, abbiamo un sistema di laser che 
produce più luce di quanto emessa dai laser stessi ?
Se si : tale luce, ha la stessa lunghezza d'onda dei laser 
medesimi o subisce una dispersione rilevante attorno a tale 
valore ?
Va da sé che non sto pensando ad un possibile potenziamento 
dei laser (sono conscio che l'eventuale surplus di potenza 
emessa, anche qualora monocromatica, cosa che non penso, non 
avrebbe nessuna collimazione particolare).
Ma sto solo cercando di far quadrare i conti energetici, 
perché mi pare che sparisca energia senza che alcun sistema 
"massivo" se ne appropri, quindi pensavo ad un aumento della 
luminosità totale del sistema stesso a scapito di quel calore


 luminosità totale del sistema stesso a scapito di quel calore
 
Se f e' la frequenza della luce laser e f_0 quella della transizione
elettronica, dato che f < f_0 allora i fotoni assorbiti avranno
energia minore di quelli emessi (in media, dato che la
frequenza dei fotoni emessi sara' distribuita su una certa
banda a causa della larghezza intrinseca della riga di
emissione e dell'effetto Doppler), quindi come scrivevi
sopra si avra' l'effetto netto di trasformare parte dell'energia
interna degli atomi in energia del campo e.m..
 
Ciao
-- 
Giorgio Bibbiani

 
E in che modo? Non mi e' ancora molto chiaro. 
 
Oppure il "trucco" e' che, essendo, come hai gia' scritto, l'emissione spontanea isotropa, si fa uscire dal contenitore gli atomi che hanno velocita' trasversale rispetto ai due fasci laser cosi' che non possano piu' riscaldare gli altri?
 
Perche' a me sembra che, finche' tutti gli atomi che vengono "frenati" dalla melassa ottica possono rimanere dentro al contenitore a contatto con gli altri atomi, nessun raffreddamento possa avvenire.
O forse non ho afferrato bene...
 
--
cometa_luminosa

 O forse non ho afferrato bene...
 
Ragioniamo sull'energia in un *caso semplificato*, che
dovrebbe restituire comunque correttamente l'idea del
fenomeno.
 
Sia f_0 la frequenza (trascuriamo idealmente la larghezza
intrinseca della riga) corrispondente alla data transizione
elettronica, un atomo avente velocita' v assorba un
fotone diretto nel verso opposto a v (solo cosi' e'
possibile l'assorbimento) e avente energia h*f ove
f = (1 - v/c) f_0 < f_0 (limite non relativistico),
successivamente l'atomo riemette spontaneamente
un fotone, se questo sara' emesso "in avanti"
(50% dei casi) avra' per effetto Doppler frequenza
maggiore di f_0 e se sara' emesso "all'indietro"
(restante 50% dei casi) avra' frequenza minore di f_0,
la distribuzione delle frequenze dei fotoni emessi avra'
allora media f_0 e in media l'atomo avra' perso una
energia cinetica pari a h * (f_0 - f), quindi nel complesso
il gas si dovra' raffreddare.
 
Ciao
-- 
Giorgio Bibbiani

 no.
 
 
 
 
esser fermo è un concetto relativo: rispetto a cosa? Ogni cosa è ferma se osservata da un particolare sistema di riferimento... o forse ti stai chiedendo se la media vettoriale di tutte le velocità sia nulla? Ma questa è un'altra faccenda: si chiama meccanica statistica... ciò non toglie che la tua voglia di indagare la natura è alquanto bizzarra nei modi in cui la esprimi; quella che tu fai non è fisica ma supponenza: sei tu che devi adeguare il pensiero ai fenomeni naturali e non il viceversa


  Il fenomeno naturale e' quello delle molecole dell'aria che urtano
elasticamente tra loro.
 
  Pero' l'aria non e' un gas perfetto, quindi una perdita (piccolissima
ma non nulla) d'energia ad ogni urto, ci dev'essere.
 
  Mi ero chiesto (quando ho inoltrato il primo post) come mai questa
perdita d'energia non producesse (a lungo andare) una cessazione del
loro moto *rispetto* alla Terra, col passaggio dallo stato gassoso a
quello liquido.
 
  Poi, in base alle risposte ottenute qui e altrove, mi sono reso conto
che sulla Terra, l'energia persa dalle molecole dell'aria viene
effettivamente reintegrata, tant'e' che se mettessimo la stessa aria
nello spazio remoto (ad esempio in un palloncino) dopo un tot di tempo
(calcolata da Fabri in qualche decina d'ore) le molecole finirebbero
inevitabilmente per precipitare allo stato liquido, non essendoci *li'*
alcuna reintegrazione dell'energia persa.
 
-- 
-- Luigi Fortunati


 
 
-- 


 trascurabile rispetto al volume occupato dal gas.
 
  Per quanto riguarda questa discussione basta soltanto stabilire se
gli urti delle molecole d'aria sono totalmente e assolutamente
elastici, oppure no.
 
  Nel primo caso non c'e' dispersione d'energia, nel secondo caso la
dispersione c'e'.
 
  E se c'e' dispersione (per quanto piccola posa essere), prima o poi
l'energia (se non e' reintegrata) si esaurisce.
 
-- 
-- Luigi Fortunati

 
 
 
Cosa intendi per urto? Urto ha diverse accezioni: in meccanica classica un urto tra 2 corpi rigidi viene descritto da 2 parametri (classi di parametri)+ Fattore_Di_Elasticità[da 0 a 1] che ne descrivono la tipologia
Altrove usa le variabili di Mandelstham
Oppure la matrice di Scattering S
 
 
Cio' per dire che urto è troppo generico e deve essere ben calibrato in base ai risultati attesi che si intende analizzare (cioè ponderare bene quale minuziosità di dettagli ci si aspetta per effettuare analisi successive).
 
 
Le molecole d'aria sono "continuamente" in urto tra loro.... certamente il superamento di una certa soglia cut-off l'interazione può considerarsi nulla... ma em interaction esiste sempre [fisica statistica modello molti corpi: Fermi usava una trattazione di potenziale efficace].
 
 
La temperatura è un primo parametro molto grossolano ma utilissimo per dedurre il grado di agitazione delle componenti microscopiche di un gas.
 
Vedi LANDAU V fisica statistica, puoi iniziarti a rendere conto di quante problematiche è ricca la faccenda

 
Ciao.
 
--
mr.brooks

 Le molecole d'aria sono "continuamente" in urto tra loro.... 
 
  Senz'alcun "cammino libero"?
 
  In ogni caso non voglio perdermi in mille rivoli inutili, e vado al
sodo.
 
  Questi urti, qualunque caratteristica abbiano, una quota non nulla di
energia la fanno perdere alle molecole d'aria, oppure no?
 
-- 
-- Luigi Fortunati

 urto tra le molecole.  Inoltre gas perfetto significa tutt'altra cosa".
 
  Prima considerazione: e' (quindi) vero quel che ho scritto, cioe' che
l'aria *non* e' un gas perfetto.
 
  Seconda considerazione: se e' vero che nell'urto tra le molecole non
c'e' _alcuna_ perdita d'energia, perche' se mettiamo l'aria in un
palloncino nel vuoto intergalattico c'e' un'energia che si disperde
tant'e' che dopo qualche decina d'ore gli urti tra le molecole gassose
non ci sono piu' e l'aria diventa liquida?
 
-- 
-- Luigi Fortunati


 
 


 sodo.
 
e cosa ti fa pensare che tu stia andando nella direzione giusta?

> in pratica trascurabile rispetto al volume occupato dal gas.
 
Trascurabile e' meglio.
 
Giorgio

 energia la fanno perdere alle molecole d'aria, oppure no?
 
Nell' ipotesi di un contentire isolato la risposta e' che globalmente 
non c'e' assolutamente perdita di energia.
 
Globalmente vuol dire che se anche  in un urto ci fosse trasferimento da 
energia cinetica a energia potenziale, prima o poi ci sarebbe un altro 
urto con trasferimento inverso.
 
Questo e' tutto. La tua idea di una dissipazione continua non funzia. Se 
il mondo andase come ipotizzi non ci sarebbe la possibilita' di sistemi 
all' equilibrio a temperatura finita. Sperimentalmente invece c'e'. 
Normalmente questa osservazione dovrebbe chiudere la discussione.
 
Giorgio

 non ci sono piu' e l'aria diventa liquida?
 
Mica solo liquida, se c'e dispersione.
 
Ma, come disse de la Palisse, se nell' urto tra molecole non si perde 
energia la si deve perdere da qualche altra parte.
 
Giorgio

 (tra particelle) non esiste perchč esse sono al contempo onde... o qualcosa di simile
....
 
Non e' una questione di nomi la differenza. Su scala microscopica, anche 
un urto tra oggetti con masse tali da poter essere considerati con 
eccelente approssimazione classici non e' un' unterazione di contatto ma 
a distanza.
 
Quello che differenza un "urto" da  altro e' che nel' urto si e' 
interessati a dedurre il comportamento dal sistema a tempi molto 
posteriori, rispetto  al tempo in cui i due sistemi sono sufficentemente 
vicini da interagire in modo apprezzabile, a partire dallo stato a tempi 
molto anteriori.
 
Per questa, che e' un' analisi asintotica, non interessano i dettagli 
fini della descrizione di cosa avviene a piccola distanza ma si 
utilizzano le leggi di conservazione e metodi approssimati per predire 
il comportamento a grandi tempi/distanze.
 
Da questo punto di vista la differenza tra MQ/MC e' minima.
 
Giorgio

 la si deve perdere da qualche altra parte.
 
  Che l'energia si possa perdere negli urti e' una deduzione logica,
semplice e razionale.
 
  Che si perda per altre questioni astratte o astruse, e' molto meno
accettabile.
 
-- 
-- Luigi Fortunati

 accettabile.
 
  Astratte o astruse le misure ? sicuro di non aver sbagliato ng ?
 
Giorgio

 equilibrerebbe mai.
[...]
 
 
Questo e' vero, infatti "non interagenti" per quello che ho capito io puo' significare soltanto che le molecole si assumono "quasi" puntiformi, che non ci sono interazioni finche' non si urtano ma che gli urti sono molto infrequenti (e che quindi si dovrebbe aspettare un tempo molto grande perche' avvenga l'equipartizione dell'energia).
 
--
mr.brooks

   Astratte o astruse le misure ? sicuro di non aver sbagliato ng ?
 
  Dove ho scritto che astratte o astruse sono le  "misure"?
 
  Astratte o astruse sono alcune "deduzioni", come quella che le
particelle non si urtano, ne' direttamente, ne' indirettamente.
 
  Cio' e' incomprensibile perche' le particelle *NON* s'attraversano
senza interferire come fanno le onde!
 
  E allora, se cambiano strada quando s'incontrano, vuol dire che
(direttamente o indirettamente) contro qualcosa hanno urtato!
 
-- 
-- Luigi Fortunati