¿Cuál es la fuerza contraria a la fuerza de succión?

La respuesta a su dilema es que no hay necesidad de ninguna fuerza contraria.

Estadísticamente, es probable que muchas moléculas entren en la región donde estaba el vacío; sin embargo, ninguna fuerza las empuja allí.

En la teoría cinética de los gases, se ignoran las fuerzas intermoleculares y las colisiones, pero habrá, por casualidad, muchas moléculas viajando hacia la región del vacío. Continúan en línea recta sin que actúe ninguna fuerza, como en la primera ley de Newton.

Dado que no había moléculas en la región de vacío para salir, sucede por casualidad que, poco tiempo después, habrá más moléculas en la región que antes y la región de vacío se ha 'llenado'.

A medida que el aire del exterior llena el vacío, lo que significa que se mueve, alguna fuerza debe estar actuando sobre este aire.

Aquí podría ser útil contrastar el "empuje hacia atrás" del aire comprimido con el "empuje hacia atrás" de un metal comprimido, por ejemplo. Para este último (y para toda la materia condensada familiar), la rigidez aparente es lo que llamamos "entálpico"; en otras palabras, comprimir el material aumenta la energía interna. Las moléculas se resisten a ser empujadas juntas por razones electrostáticas; es decir, involucrando una de las fuerzas fundamentales. Si diferenciamos la energía interna (en julios) con respecto a la distancia de compresión (en metros), obtenemos una fuerza (en newtons).

Por el contrario, en el gas ideal, la rigidez es lo que llamamos "entrópico". Comprimir el gas (a temperatura constante) no aumenta la energía interna y, por lo tanto, diferenciar la energía interna por la distancia de compresión da ... nada. La resistencia a la compresión, y la tendencia a expandirse sin límite, surge únicamente de nuestra tendencia a notar más a menudo los arreglos que ocurren con más frecuencia. (Esta es una declaración de la Segunda Ley de la Termodinámica.) Ninguna de las fuerzas fundamentales está involucrada; simplemente hay muchos más arreglos posibles cuando un gas se esparce para ocupar su contenedor.

Esta distinción puede estar relacionada con el desafío que ha encontrado de identificar alguna "fuerza" que empuja un gas hacia el vacío. No existe tal fuerza entálpica.

La 'presión' de un gas se genera debido a las colisiones entre las moléculas de gas-moléculas de gas o las moléculas de gas-pared del recipiente. A menos que choquen, las moléculas de gas se mueven en línea recta con velocidad uniforme , lo que no requiere ninguna fuerza externa (las fuerzas impulsivas que actúan en las colisiones son fuerzas internas al sistema).

Si pones algunas moléculas de gas en una botella, se esparcen por toda la botella porque no hay barreras dentro de la botella. Pero no pueden atravesar la pared de la botella. Si abres la tapa de la botella, algunas de ellas salen para igualar la presión dentro y fuera, porque les gusta minimizar el número de colisiones entre ellas [ pacíficos :)]. Eso se llama simplemente que se mueven debido a la diferencia de presión. Pero la verdadera razón es que quitaste la barrera que les impedía moverse libremente.

Imagínate así, estás corriendo en línea recta y ves una puerta cerrada, así que te das la vuelta y vuelves a correr. La próxima vez que venga y la puerta esté abierta, podrá moverse libremente a través de la puerta abierta. ¿Alguna fuerza actuó sobre ti? No.

En su ejemplo, el aire se mueve hacia el vacío simplemente eliminando la diferencia de presión (esto se explica con más detalles arriba) con una velocidad uniforme . Por lo tanto, ninguna fuerza actúa sobre el aire. ¡Así que no hay fuerza contraria!

En respuesta a los comentarios:

Supongamos que hay dos habitaciones adyacentes. Una habitación está llena de moléculas de aire y la otra es un vacío. Hay una puerta entre las habitaciones. Cuando la puerta está cerrada, las moléculas de aire golpean la puerta y rebotan porque no pueden penetrar. Si abres la puerta, las moléculas de aire que venían hacia la puerta entrarán en la otra habitación. Hasta que se abre la puerta, sucede este proceso. ¿Qué sucede si las presiones de dos habitaciones se igualan? El proceso continúa. Las moléculas de aire siguen moviéndose a través de la puerta. Pero no puedes observarlo. Por eso decimos que el aire se difunde suprimiendo la diferencia de presión. Pero esto es cierto a menos que cierres la puerta. Si cierra la puerta a la mitad del procedimiento, las presiones de dos habitaciones no serán iguales.

Considerándolo todo, lo que quería implicar a través de este ejemplo es que ninguna fuerza externa actúa sobre el aire para empujarlo a llenar el vacío.

Espero que esto ayude.

Si entiendo correctamente, esta pregunta es sobre la tercera ley de Newton. Si un gas ejerce una presión sobre algo, algo debe proporcionar una fuerza opuesta al gas. Tenga en cuenta que las contrafuerzas de la tercera ley de Newton no impiden el movimiento. Cuando empujo una pelota con el dedo, la pelota avanza, mi dedo quiere retroceder. Detengo que mi dedo se mueva hacia atrás con mi brazo, y mi brazo ahora quiere moverse hacia atrás. Detengo mi brazo con mis piernas conectadas al suelo, por lo que el suelo quiere retroceder. El suelo es enorme, por lo que no notamos que retrocede.

Imaginemos una capa de aire llamada l o L. Delante está nuestro vacío, V. Detrás está el resto de nuestro aire, A. Ahora tengo un diagrama de texto:

VlA

Microscópicamente, las moléculas de aire de A chocan con las moléculas de aire de L, por lo que cada vez que una molécula de L recibe una patada, las moléculas de aire de A reciben una patada en la misma dirección opuesta. Esto es cierto para cualquier capa en el gas.

Ahora pensemos en V y A como regiones del espacio donde las partículas pueden entrar y salir, como los vóxeles en Minecraft, y l es el límite entre dos vóxeles. La 'fuerza' igual/opuesta se parece más a esto: en el marco de reposo L, un número igual de partículas de L se dirige hacia V y hacia A. Por lo tanto, un momento igual y opuesto se mueve tanto hacia V como hacia A. Esto es$F = \frac{dp}{dt}$, un cambio en el momento en el tiempo para una región del espacio.

La región de vacío V gana impulso de A porque está ganando cosas con la velocidad. Entonces experimenta una fuerza positiva en la dirección del viento.

La región de aire A está perdiendo impulso hacia V a medida que las partículas con impulso se mueven de A a V. Por lo tanto, experimenta la fuerza negativa opuesta e igual.

Ahora, después de un momento, la región de vacío V ya no es un vacío. Ahora es una región con mayormente vacío y una fina capa de materia que se movió hacia ella.

Si no quiere tener en cuenta la fuerza de esta manera, e imaginemos que tampoco hay colisiones, entonces simplemente sigue un montón de partículas que no experimentan ninguna fuerza. No hay fuerzas, pero como hay más partículas en un lado que en el otro, las que ya se estaban moviendo hacia el vacío terminan por continuar, llenando así el vacío. Porque en un gas, asumimos que las partículas se movían en direcciones aleatorias, por lo que algunas estaban obligadas a apuntar hacia el vacío.

Un agricultor tiene 10 acres de tierra que está cercada del área circundante y dividida por la mitad en dos porciones de 5 acres cada una. Hay una puerta en el medio que permite el paso entre las dos mitades. Él pone sus ovejas en la mitad de la tierra con la puerta cerrada. Un día decidió abrir la puerta y la dejó abierta. Después de un día o dos, descubrió que algunas de las ovejas están en la otra mitad de la tierra que antes estaba vacía. Las ovejas empiezan a llenar la mitad vacía simplemente deambulando. Lo mismo se aplica a cómo el aire llena un vacío. Nadie empujó a las ovejas para que fueran al otro lado, simplemente se preguntaron porque las ovejas tendían a moverse. Las moléculas de aire no son estacionarias. Se mueven y tropiezan con el vacío sin llenar. Así como no hay nada que impida que las ovejas se muevan. No hay contrafuerza.

Siguiendo con esta analogía, las ovejas chocando entre sí y la cerca serían la presión. Cuantas más ovejas haya, más posibilidades hay de que choquen entre sí y más probable es que algunas de ellas sean empujadas a la mitad vacía de la tierra. Cuanto mayor sea la presión, más rápido se llenará el vacío.

Cuando digo que no hay fuerza para empujar a las ovejas, me refiero a ninguna fuerza externa. Las ovejas seguirán chocando y empujándose unas contra otras.

A medida que el aire del exterior llena el vacío, lo que significa que se mueve, alguna fuerza debe estar actuando sobre este aire.

Se necesita fuerza para la aceleración. Si el aire viaja con una velocidad constante, no se necesita fuerza. Por supuesto, se necesitaba algo de fuerza para que las moléculas se movieran, y esa fuerza con una colisión con otra molécula. Esa molécula luego viajará en la dirección opuesta. Entonces, analizado a nivel molecular, lo que vemos como "succión" no produce una fuerza en sí misma. Más bien, es producido por fuerzas ya existentes.

Sin embargo, al analizar el sistema macroscópicamente, habrá un impulso "perdido"; las moléculas que atraviesan el agujero llevarán cierto impulso con ellas, lo que hará que las moléculas restantes tengan un impulso neto en la dirección opuesta. Las moléculas que atraviesan el agujero, si el agujero no hubiera estado allí, habrían golpeado la pared e impartido una fuerza en la pared. Por lo tanto, hay un desequilibrio, con más moléculas golpeando un lado que el otro, y eso causará una fuerza neta.

Crear un vacío requiere una fuerza externa. Para crearlo, la bomba expulsa aire constantemente. Para mantenerlo, las paredes de la cámara sellada están siendo empujadas desde el aire exterior.

Crear una zona de alta presión es similar, con la bomba empujando el aire hacia adentro y luego las paredes manteniendo el aire adentro (las paredes son empujadas hacia afuera por el gas de mayor presión en el interior).