La segunda ley de Newton y moverse a través de un fluido.

Las palabras que estás buscando son " viscosidad " y " arrastre "

La viscosidad es una medida física de la resistencia de un fluido a la deformación. Esta animación de Wikipedia debería hacerlo más evidente. La fuerza viscosa viene dada por:

$$F_v = \mu \frac{dv}{dy}$$ dónde$\mu$es el coeficiente de viscosidad. Este término depende principalmente de la densidad del fluido y de cualquier fuerza intermolecular entre sus constituyentes (junto con la temperatura).

Su analogía de empujar moléculas más pesadas es en realidad incorrecta. El agua se compone principalmente de$\require{mhchem}\ce{H2O}$que tiene una masa molar de 18 g/mol, pero el aire está (principalmente) compuesto de$\ce{N2}$(28 g/mol),$\ce{O2}$(32 g/mol) y$\ce{CO2}$(44 g/mol), cada uno de los cuales es más pesado que el agua.

Sin embargo, la intuición común señala que es más fácil caminar en el aire que en el agua, por lo que este argumento es erróneo.

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En cambio, hacemos uso del hecho de que el aire es mucho menos denso que el agua para un volumen dado. Las moléculas de agua también presentan enlaces de hidrógeno, una importante fuerza de atracción intermolecular. De acuerdo con la ecuación, encontramos que el agua ejerce una fuerza viscosa mucho mayor que el aire debido a su mayor coeficiente de viscosidad.

De acuerdo con la Segunda Ley de Newton, la aceleración resultante se reduce, lo que hace que sea "más difícil" mover objetos usando la misma fuerza constante.

$$F - F_v = ma_x$$

Esta suposición sólo se justifica cuando el flujo es laminar. Para fluidos con valores más altos del Número de Reynold , esta fuerza viscosa se vuelve menos dominante, porque el flujo se vuelve turbulento (Gracias @Rick por señalar esto)

La fuerza de arrastre es un modelo de fuerza resistiva para un objeto que se mueve a través de un fluido. esta dado por

$$R = \frac{1}{2}D\rho Av^2$$ dónde$D$es el coeficiente de arrastre y A es el área de la sección transversal del objeto en movimiento medida en un plano perpendicular a su velocidad.

Esta fuerza resistiva claramente aumenta con el cuadrado de la velocidad y está destinada a desempeñar un papel dominante cuando empujas un fluido (como en tu ejemplo). Una vez más, puede usar la segunda ley de Newton para mostrar cómo esto hace que sea "más difícil" avanzar:

$$F - R = m. \frac{dv_x}{dt}$$

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Como referencia, el coeficiente de viscosidad del agua es$8.90 × 10^{-4}$Pa.s y por aire es$18.1 × 10^{-6}$pa s

Espero que esto ayude.

A primera vista, su explicación parece correcta. Pero hay un punto que falta. Vamos a ver.

Nuestra concentración se trata de caminar a través del agua versus caminar a través del aire. Como dices, la explicación de aquellas personas que dicen que "el fenómeno ocurre debido a la presión del fluido, la densidad del fluido o la cantidad de moléculas que se deben empujar al caminar" suena bien. El factor decisivo aquí es la densidad . Es una medida del número de partículas por unidad de volumen. Olvidando el caminar, imaginemos que estamos tratando de empujar agua y aire. Para facilitar la imaginación, condensemos 1 m ³de agua y aire (por separado) a dos cajas. Entonces la caja de aire pesará 1,29 kg y la caja de agua pesará 1000 kg. Obviamente es difícil empujar la caja de agua mientras que puedes mover la caja de aire con un dedo (o cinco : ) ). La razón de esto es que el agua contiene más moléculas que el aire dentro de la misma cantidad de volumen. Por lo tanto, esto se debe a la densidad. En general, esto se explica con la ayuda de la segunda ley de Newton, ya que la usamos para determinar la facilidad de empujar 1,29 kg frente a 1000 kg.

Entonces pasemos a tu explicación. Su explicación se basa en partículas . Si no he malinterpretado tus palabras, las partículas y la densidad significan dos cosas diferentes. Una mayor densidad no implica partículas más pesadas . Por ejemplo, 6,022 × 10 ²³ partículas de agua (más precisamente, un mol) pesan 18,01 g, mientras que el mismo número de moléculas de aire pesan 28,97 g. Por lo tanto, es más difícil empujar una molécula de aire que una molécula de agua. Por lo tanto, según tu explicación, ¡será más difícil moverse por el aire que por el agua!

Por lo tanto, en esta situación, también debe considerar el papel de la densidad y la masa de una partícula.

Espero que esto ayude.