Imagina que arrojamos un pastel caliente a la taza de alguien. Para cuando llega a destino, se volvió un poco menos caliente.
Imagina que el meteorito de Chelyabinsk entra en la atmósfera. Hace frío cuando entra, pero rápidamente se vuelve muy caliente y explota violentamente.
Pero, ¿dónde está la frontera? ¿A qué velocidad un objeto que viaja a través de la atmósfera deja de perder calor y comienza a ganarlo por fricción? ¿Se enfría o se calienta una bala disparada con un arma de fuego durante el vuelo?
Los objetos que se mueven en la atmósfera ganan y pierden energía térmica por varios mecanismos.
En primer lugar, existe el calentamiento por fricción de la piel, que es la conversión de energía cinética en energía térmica debido a la viscosidad del fluido. Esto conduce principalmente directamente al calentamiento de las capas de fluido cercanas al cuerpo en movimiento.
Para velocidades altas, como los meteoros que ingresan a la atmósfera, un efecto más importante es el calentamiento por compresión. Un cuerpo que se mueve a muchas veces la velocidad del sonido crea una onda de choque de compresión que calienta mucho el aire frente a él debido a una compresión muy alta y rápida.
Luego hay transferencia térmica entre el cuerpo en movimiento y el fluido que lo rodea, que tiene lugar por conducción y radiación. Tienes un cuerpo de cierta temperatura, un fluido cerca que ha sido calentado por viscosidad o compresión, y un fluido más alejado que está a temperatura ambiente. Los flujos netos de energía entre estos tres te dicen cómo cambia la temperatura del cuerpo en movimiento, como siempre, el calor fluye de los cuerpos más calientes a los más fríos.
En algunos casos, una cosa domina. Un meteoro que ingresa a la atmósfera genera una región caliente de gas que se encuentra a unos 10 000 K (ver ¿ Por qué los meteoros se calientan cuando caen a través de la atmósfera? ) y esta región comprimida en contacto con el meteorito lo calienta con bastante rapidez.
Lanzar un pastel caliente a través de la habitación, por otro lado, es un movimiento muy lento y genera muy poco calor en la atmósfera de baja viscosidad, por lo que el efecto dominante es simplemente que el pastel pierde calor hacia su entorno simplemente porque está más caliente. Podría enfriarse un poco más rápido que si estuviera estacionario porque un pastel estacionario calienta el aire alrededor y crea un gradiente de temperatura que ralentiza su enfriamiento, mientras que un pastel lanzado siempre deja gas caliente alrededor y se mueve a una región de gas a temperatura ambiente. por lo que mantiene un diferencial de calor ligeramente mayor con su entorno.
Para una bala, es difícil de decir. Si estuviera a temperatura ambiente, se calentaría ligeramente al moverse a través de la atmósfera a medida que su energía cinética se convierte en calor (en la bala y en el aire) por arrastre. Pero la bala también es calentada por el gas caliente en el cañón de la pistola que la acelera, por lo que probablemente esté a una temperatura ligeramente superior a la temperatura ambiente cuando sale del cañón de la pistola. Pero, en general, el cálculo de cuánto se calienta la atmósfera circundante (y cómo se distribuye espacialmente ese gas caliente), y cómo fluye el calor entre el cuerpo en movimiento y el fluido circundante, es una pregunta complicada que requiere un modelo detallado y no No da una buena respuesta fácil, excepto en casos muy simplificados.