Observación real: aquí en Canadá se sabe que incluso cuando hay nieve 'seca' en el suelo, y cuando un automóvil pasa sobre ella, esa pequeña cantidad de nieve seca se convierte instantáneamente en hielo (NO BUENO). De todos modos, como físico inspirador, estoy decidido a entender por qué. Sé que la presión y la temperatura tienen una correlación directa, y tiene sentido lógico para mí que si el automóvil se conduce sobre un área transversal de nieve 'seca', el aumento de la presión debería hacer que la temperatura aumente, derritiendo así la nieve. Luego, con la temperatura externa extrema (~ -20 ° C), la nieve derretida se congela instantáneamente nuevamente y, por lo tanto, forma hielo, y he notado que la cantidad de hielo en las carreteras tiene una relación directa con la capacidad percibida de los conductores para manejar el automóvil, él.
De todos modos, estoy tratando de crear un modelo muy simple para tal escenario para probarme a mí mismo que la temperatura sí aumenta, y esa es la razón de mi - bueno - razonamiento. El problema es que todas las leyes que relacionan la temperatura y la presión se encuentran en las leyes de los gases y en el trato con los fluidos.
Me preguntaba si el uso de la Ley de los gases ideales sería cierto en este escenario considerando que la sección transversal en cuestión es de hecho un volumen de (supongamos) puro y luego se puede calcular el número de moles, etc. y mostrar la temperatura de la sección transversal después de aplicar la presión.
¿Tiene sentido mi razonamiento, y es esa la razón por la que la nieve aparentemente seca se convierte en hielo inmediatamente después de que un automóvil pasa sobre ella?
No intente usar las leyes de los gases en los cristales de hielo; no fue diseñado para eso y no funciona.
En cambio, piensa en hacer una bola de nieve. A medida que intenta aplastar el hielo, sabe que se vuelve más pegajoso, pero si comienza con nieve verdaderamente "seca", no puede obtener una buena bola de nieve. La razón es que se necesita mucha energía para derretir incluso un poco de nieve temporalmente, el tiempo suficiente para hacer agua que luego se vuelve a congelar y hace que la nieve se pegue y se convierta en hielo.
Ahora piense en la nieve debajo de un neumático. Si la nieve comienza esponjosa, el automóvil la compactará. A medida que se vuelve compacto, la fuerza de fricción entre los cristales provocará un calentamiento local. Debido a que su automóvil produce mucha presión, hay suficiente fricción en la nieve para causar un verdadero calentamiento y derretimiento.
Si esto sucede o no, dependerá de la composición de la nieve, y de la forma del neumático y el peso del automóvil. Pero el hecho de que lo observes me dice que hay una combinación de condiciones en las que la nieve se derrite, y la única forma de suministrar la energía necesaria para esto es a través de la fricción/compresión de la nieve.
Tenga en cuenta que los neumáticos también se calientan un poco, pero se calentarán muy poco sobre la nieve, porque el principal mecanismo de calentamiento en un neumático rodante se debe a la falta de coincidencia en el área entre el neumático "en el aire" y el neumático "en contacto". el suelo" (ver por ejemplo esta respuesta). Cuando la superficie de la carretera es resbaladiza, ese mecanismo es menos efectivo; en cambio, la fricción que experimenta el neumático se debe precisamente al hecho de que la nieve se está comprimiendo: en efecto, el neumático siempre "rueda cuesta arriba" y tiene que hacer un trabajo. Sin embargo, el centro de masa nunca sube más, sino que la nieve se comprime. Y esa es la fuente del trabajo, y el calentamiento de la nieve. Lo que provocará la "sinterización" en las condiciones adecuadas (no, no estoy seguro de que puedas usar esa palabra con nieve, pero parece apropiado para describir el fenómeno). Puede estimar la cantidad de trabajo realizado contra la nieve al ver cuánto más difícil es conducir en nieve blanda que en una superficie plana; la diferencia es el trabajo realizado para comprimir la nieve.
No tengo buenos números para eso, pero sí sé que cuando conducía un 4x4 en una playa (arena blanda), obtenía muy poco rendimiento de gasolina: del orden de 5 mpg para un automóvil que normalmente obtendría alrededor de 20. Esto significa que el motor tuvo que trabajar casi 4 veces más de lo habitual, cerca de su potencia máxima. Si decimos que estaba usando 75 hp solo para empujar a través del material blando, a una velocidad de 20 mph, entonces obtenemos que el trabajo realizado por metro cubierto es de aproximadamente 6300 J; suponiendo que son los neumáticos delanteros los que comprimen, con un ancho de 25 cm cada uno comprimimos un área de 0,5 m lo que significa que hay alrededor de 12000 J / m o 1,2 J/cm disponible.
El calor latente de fusión del hielo es de unos 330 J/g, por lo que toda esa potencia, distribuida así, podría derretir solo unos pocos mg de nieve por cm cuadrado (o 1 gramo por metro para cada una de las dos huellas de neumáticos). Eso no parece suficiente para explicar lo que está observando: simplemente no hay suficiente potencia en un automóvil promedio para derretir la nieve sobre la que pasa.
A partir de las relaciones de Maxwell, puede ver fácilmente que cada una de estas variables respectivas se mantienen constantes en relación con una energía libre. Creo que desde un punto de vista clásico considerando el modelo de energía cinética y temperatura, junto con la definición de presión, se podría concluir que el aumento de temperatura se debe a una presión constante de los neumáticos, lo que proporciona un nivel constante de presión sobre el suelo. , en forma de fricción cinética y estática.
Este rozamiento estático durante el recorrido de un vehículo generaría el aumento de temperatura de los neumáticos.
Esto se representa por la ecuación:
donde típicamente, en este caso, la fuerza sería igual a la fuerza de gravedad del automóvil:
, dónde
curioso
Uys de picas
curioso
honeste_vivere