¿Qué fuerza actúa sobre el recipiente?
ACB
Prólogo: He estado tratando de resolver este problema durante varios días: [¿La difusión hace que la botella se mueva hacia la izquierda?] Pero las respuestas presentadas allí son contradictorias. Algunos dicen que la botella no se moverá. Algunos dicen que la botella se moverá. Pero no pude encontrar una razón definida. Pensé en una manera de hacer esto en la práctica. Creo que tuve un poco de éxito allí. Pero tuve este problema con el que pido su ayuda. Aunque puedo decir honestamente que esto no es un duplicado de la pregunta anterior ni una respuesta directa a esa pregunta.
Un recipiente con forma de caja se coloca en un plano horizontal sin fricción. Supongamos que hay iones positivos gaseosos dentro del recipiente. Se distribuyen uniformemente por todo el contenedor. Por lo tanto, su centro de masa está en el medio del sistema (tenga en cuenta que el centro de masa del contenedor también está en el medio). Ahora los iones positivos son atraídos hacia el lado izquierdo por algún objeto cargado negativamente fuera del contenedor. Los iones positivos luego se concentran hacia la izquierda. Aparentemente, entonces hay una presión adicional en la pared izquierda del contenedor. Por lo tanto, el recipiente con iones gaseosos positivos acelera hacia la izquierda. En este punto, el centro de masa del sistema pesa ligeramente hacia la izquierda (porque hay una fuerza externa causada por el objeto con carga negativa). Ahora el objeto con carga negativa se elimina de inmediato. Entonces la fuerza externa neta sobre el sistema es cero. Por lo tanto se mueve uniformemente con la velocidad obtenida. Pero aquí los iones positivos ahora deben propagarse lenta y uniformemente en el contenedor nuevamente. Luego, el centro de masa vuelve al centro del recipiente. Pero como el centro de masa del sistema se desplaza en una determinada trayectoria a una velocidad uniforme, el centro de masa del recipiente (excluyendo los iones) debe desplazarse hacia la izquierda a medida que el centro de masa de los iones gaseosos se desplaza hacia la derecha. Es decir, desde el exterior, el contenedor parece acelerar ligeramente hacia la izquierda. Pero, ¿qué crea esa fuerza sobre el contenedor aquí para acelerarlo? Luego, el centro de masa vuelve al centro del recipiente. Pero como el centro de masa del sistema se desplaza en una determinada trayectoria a una velocidad uniforme, el centro de masa del recipiente (excluyendo los iones) debe desplazarse hacia la izquierda a medida que el centro de masa de los iones gaseosos se desplaza hacia la derecha. Es decir, desde el exterior, el contenedor parece acelerar ligeramente hacia la izquierda. Pero, ¿qué crea esa fuerza sobre el contenedor aquí para acelerarlo? Luego, el centro de masa vuelve al centro del recipiente. Pero como el centro de masa del sistema se desplaza en una determinada trayectoria a una velocidad uniforme, el centro de masa del recipiente (excluyendo los iones) debe desplazarse hacia la izquierda a medida que el centro de masa de los iones gaseosos se desplaza hacia la derecha. Es decir, desde el exterior, el contenedor parece acelerar ligeramente hacia la izquierda. Pero, ¿qué crea esa fuerza sobre el contenedor aquí para acelerarlo?
La pregunta anterior discute la necesidad de fijar el centro de masa, pero nadie está señalando qué fuerza es responsable. Eso es lo que estoy preguntando aquí.
Respuestas (2)
Alvin
A menos que los iones tengan una temperatura de 0, tengan velocidades térmicas aleatorias. Entonces, algunos se mueven aleatoriamente hacia la izquierda y otros hacia la derecha. Siempre que el centro de masa de los iones esté en el lado izquierdo de la caja, los iones que se mueven hacia la izquierda chocan antes con la pared de la caja, impartiendo su momento en un tiempo más corto. será mayor en el lado izquierdo que en el derecho, ya que dp es el mismo pero dt es menor.
Editar:
Digamos que el objeto con carga negativa se ha ido y los campos se han ido. Un momento después, los iones seguirán estando en el lado izquierdo de la caja. La fuerza ocurre durante el proceso de esparcimiento por toda la caja, por eso empiezo la explicación antes de que hayan terminado de esparcirse pero después de que se retira el objeto cargado negativamente. Ciertamente, después de que terminen de extenderse, no habrá fuerza, pero para ese momento el CoM de todo también habrá terminado de ajustarse.
marco ocram
Tienes razón al decir que la caja y su contenido se deslizarán hacia la izquierda cuando se aplique la fuerza de atracción externa, y continuarán deslizándose a una velocidad constante cuando se apague la fuerza. Sin embargo, inmediatamente después de que se apague la fuerza, habrá un efecto transitorio cuando los iones positivos se redistribuyan aleatoriamente por toda la caja. El centro de masa de la caja y su contenido se desplazará a la derecha en relación con el centro de masa de la caja sola. Sin embargo, dado que no hay una fuerza externa involucrada, el centro de masa combinado continuará moviéndose hacia la izquierda a una velocidad constante; la caja misma se moverá en relación con él.
La situación es análoga a una balsa con algunos pasajeros que flotan río abajo con una velocidad constante. Si los pasajeros se mueven desde cerca de la parte delantera de la balsa hasta más cerca de la parte trasera, cambiarán el centro de gravedad del sistema combinado de balsa/pasajeros en relación con el centro de masa de la balsa sola. El efecto es que la balsa se acelerará momentáneamente a medida que los pasajeros retroceden y luego se desacelerará cuando dejen de moverse. A lo largo del movimiento, el centro de masa de la balsa y los pasajeros combinados continuarán moviéndose a una velocidad constante con la corriente.
La fuerza que hace que la balsa acelere momentáneamente es la fuerza aplicada por los pasajeros para moverse a lo largo de ella. En el caso de la caja, la fuerza se debe al impacto de los iones positivos; durante un período transitorio después de que se apaga la fuerza externa, los iones positivos continuarán impactando un lado de la caja más que el otro hasta que gradualmente y se redistribuyen aleatoriamente en un estado de equilibrio en el que tienen el mismo efecto en ambos lados de la caja.
Comprender qué cuerda se rompe cuando uno tira de un bloque colgante desde abajo
Teoría de la propulsión sin reacción. ¿La resistencia al flujo de electricidad dentro de un conductor en movimiento resultará en una fuerza propulsora?
Propiedades de absorción de fuerza para varios fluidos.
Desglose de los componentes de velocidad de un dominó giratorio que gira 90 ° en el sentido de las agujas del reloj
Experimento mental: ¿un objeto que cae indefinidamente bajo la gravedad?
Establecimiento de la fuerza de impacto a partir de los datos de desaceleración
¿Cómo medir la fuerza de impacto dentro del contenedor?
¿Cómo funciona realmente viento a favor más rápido que el viento (sobre tierra)?
¿Por qué la relación entre la velocidad y el radio es curva en el movimiento circular?
¿Cómo determinar mi posición usando el efecto Coriolis?