¿Qué es el viento frío?

Técnicamente, todo es el mismo movimiento. La diferencia es la magnitud y la dirección y cómo separas la superposición de ellos.

La temperatura es el resultado de los componentes de movimiento (vectores) de cada molécula de aire individual con un movimiento de traslación neto de cero a lo largo del tiempo. Este movimiento es aleatorio y en todas partes en muchas direcciones a medida que se mueven, chocan y rebotan entre sí y con objetos. Aparentemente, esta velocidad es de alrededor de 500 m/s, solo para darle una idea: https://pages.mtu.edu/~suits/SpeedofSound.html

El viento es el movimiento colectivo de una masa de moléculas de aire que se mueven al azar: la velocidad promedio del movimiento real de las moléculas de aire individuales. Promediar sus velocidades cancela los vectores que apuntan en direcciones "aleatorias" que conducen a un movimiento neto cero, dejando solo el movimiento de traslación colectivo restante. Obviamente, el viento no suele ser de 500 m/s.

Por lo tanto, normalmente, los vectores de impacto cero neto aleatorio entre las moléculas de aire y los objetos tienen una velocidad mucho mayor que los debidos al movimiento colectivo/promedio de las moléculas de aire (viento). Esto significa que los vectores de impacto neto cero dominan sobre los vectores de impacto de traslación en la transferencia de energía cinética (calor) en cualquier dirección hacia adentro o hacia afuera de su cuerpo.

Pero si eres un SR-71 que vuela por el aire a Mach 3, la velocidad relativa del viento es tan alta que los vectores del movimiento de traslación de las moléculas de aire son mucho más grandes que los del movimiento aleatorio cero neto. El resultado es un calentamiento neto del revestimiento del avión debido a los impactos del viento, incluso si las velocidades aleatorias de las moléculas de aire individuales generan aire muy frío que, de otro modo, enfriaría el revestimiento del avión.

Entonces, un viento frío sería uno en el que el movimiento vibratorio cinético (movimiento térmico) de las moléculas en su cuerpo es más alto que el movimiento aleatorio de las moléculas de aire individuales, de modo que la energía se transfiere fuera de su cuerpo al aire de las colisiones en lugar de en él, e impacta vectores porque el movimiento promedio del aire (viento) es demasiado lento para transferir energía del aire a su cuerpo y solo reemplaza las moléculas de aire calentadas por su cuerpo con moléculas de aire fresco y frío.

La temperatura está relacionada con el movimiento, sí. Y el viento es movimiento. Pero los números importan.

Una partícula con temperatura$T$(en unidades absolutas, como Kelvin) normalmente tendrá una energía cinética de aproximadamente$kT$, dónde$k$es la constante de Boltzmann . Para las moléculas de nitrógeno y oxígeno a temperatura ambiente, la velocidad típica asociada con esta energía cinética típica es de unos cientos de metros por segundo. Eso es un orden de magnitud más rápido que los vientos en las tormentas más rápidas de la Tierra. El movimiento térmico está más cerca de la velocidad del sonido que de la velocidad del viento. (¿Por qué la velocidad del sonido está cerca de la velocidad térmica media? Esa es una pregunta divertida para tratar de resolver por su cuenta).

Por lo general, no nos preocupamos mucho por las velocidades de las moléculas individuales en el aire, porque su trayectoria libre media es muy corta: menos de 100 nanómetros para el aire a temperatura ambiente. A pesar de que esas moléculas están dando vueltas, nunca llegan muy lejos antes de cambiar de dirección.

Si enciendo un fósforo al otro lado de la habitación, escuchará el ruido en milisegundos, porque la onda de presión a la que responde su oído viaja aproximadamente a la velocidad térmica media. Pero es posible que no huela el humo del fósforo durante muchos segundos, porque las moléculas malolientes a las que responde su nariz tienen que llegar a usted por difusión.

Un “viento” es el movimiento colectivo de todas las moléculas del gas. Cada molécula en el viento tiene un movimiento térmico cuya dirección es casi aleatoria, con solo una ligera preferencia por la dirección del viento. Debido a que el movimiento térmico es mucho más rápido que la velocidad del viento, hay mucho espacio para que la temperatura del aire en movimiento colectivo sea más baja que la temperatura del aire estacionario colectivo que está desplazando.

Ya hay dos respuestas sorprendentes arriba, pero creo que explicarlo de manera más simple podría ser útil:

• Las moléculas en el viento tienen un movimiento vibratorio así como un movimiento de traslación.

• La velocidad de vibración es mayor que la velocidad de traslación (en situaciones generales).

• Cuanto mayor es la velocidad vibratoria, mayor es la energía cinética en las moléculas, por lo tanto, mayor es el contenido de calor y la temperatura del viento.

• Entonces, la temperatura depende del movimiento vibratorio y no del movimiento de traslación, este último que sentimos como viento que sopla, y sentimos el movimiento vibratorio como calor. El movimiento de traslación es independiente del movimiento de vibración en las moléculas de viento.

• Si la velocidad vibratoria es mayor que la velocidad vibratoria de las moléculas en nuestra piel, nos sentimos más cálidos a medida que el calor viaja del viento a nuestra piel, y viceversa.