空气有重量为什么我们感觉不到它

既然有重力,为什么空气中的分子不像球一样掉在地上?

假如各位读者的小孩子问出来,估计已经一口老血喷出。确实是这样,地球是有重力的,我们了解的一切重物脱手后都会掉在地上,如果在空中停留一会,那估计是被风吹起的,所以有重量的空气也会如此这般的掉落,但事实上空气一直都悬浮在我们周围,供人类呼吸,还能托起热气球,甚至还可以空气动力效应制造飞行器!

空气有重量为什么我们感觉不到它图1

但问题是有重量的空气为什么就没有掉落在地面上,不应该是这样吗?

关于万有引力

相传牛顿根据苹果落地的现象发现了万有引力,但事实这个故事你只能讲给你家小朋友听,以教育他注意日常观察!而事实上,在牛顿发现万有引力之前,哥白尼的日心说,伽利略对于行星的观测,当然最重要的还有开普勒的行星三大定律,这些条件的铺垫非常重要,得以上牛顿以引力将它们统一了起来!

空气有重量为什么我们感觉不到它图2

天体之间维系运行的力和让苹果落下的力是一样的,天上和地下得到了统一,这是有史以来的第一次!天体之间受到的力大小,和它们的质量成正比,与它们之间的距离平方成反比,当然还有一个万有引力常数,卡文迪许在100多年后才通过扭称测量出来,不过这是后话,并不影响我们讨论问题!

空气有重量为什么我们感觉不到它图3

在地球上的任何物体,都可以用这种方式计算,但需要注意的是两个物体之间的距离指得是它们的之心之间距离,而不是表面之间距离,所以有朋友误解为两个靠在一起的球体引力无穷大,因为距离是零吗!

空气有重量为什么我们感觉不到它图4

注意距离取值哦

所以我们站在大地上,引力不是无穷大的,而是跟地心之间的距离为r的一个万有引力计算等式,我们通过计算,大约每千克物体所受到的重力大约是9.8牛顿,这个力平均的施加在物体的每一个原子上,所以我们舒舒服服的站在了地球上而不至于飘起来!

关于分子运动

每千克9.8牛顿的重力说大不大,说小也不小,尽管我们轻轻一跳就能脱离地面,但却无法脱离地球的引力,还是会老老实实的掉落地面,不过却有一个办法,也就是牛顿当年考虑过如何造出一个环绕地球运动的物体,也就是人造卫星的最初概念!

空气有重量为什么我们感觉不到它图5

牛等的人造卫星原理图

其实挺简单,只要制造一个速度,它围绕地球产生的“离心力”等于引力,甚至远大于引力,那么这个物体就可以保持轨道运行或者脱离地球引力范围,在这个呆在地面上还是跑到空中,甚至脱离地球范围,有一个关键的因素是速度!

那么,气体有速度吗?

答案是气体是运动的,它们具有相当高的速度!关于气体的分子运动,人类还有一个认识过程,我们简单来介绍下!

早期对热物质的认识比较幼稚,我们就不介绍什么热质说了,从17世纪开始,皮埃尔·伽桑狄、罗伯特·胡克、伯努利等科学家的研究表明,物质的三态也就是液体、固体、气体之间的转变是完全是因为分子之间作用的结果,而且指出气体的压力源自于气体分子间不断运动并且与容器内壁碰撞的结果!

空气有重量为什么我们感觉不到它图6

到了1738年伯努力发表的《流体力学》中提出热是分子运动的动能,1744年罗蒙索诺夫分子热运动上补了一刀,他明确提出热就是气体分子无规则运动的表现!而19世纪中叶麦克斯韦在克劳修斯的基础上提出了分子麦克斯韦速度分布率,而玻尔兹曼则在麦克斯韦的基础上提出了麦克斯韦–玻尔兹曼分布!

空气有重量为什么我们感觉不到它图7

当然这个分子运动一直到1905年爱因斯坦的布朗运动论文发布才统一了科学界对于分子运动论的看法!那么话说气体分子运动速度到底有多大呢?

空气有重量为什么我们感觉不到它图8

气体分子运动速度

在27摄氏度时,氢分子运动速度为1900米/秒,氧分子速度为480米/秒!大概月球上环绕速度也只需1.8千米/秒,而氢分子在阳光的照射下或者高能粒子轰击下速度更高,所以可以轻而易举的逃离逃逸速度只有2.5千米/秒的月球!

空气有重量为什么我们感觉不到它图9

但地球强大的引力虽然不能抓住氢,但可以抓住运动速度比较低的氧和氮等气体,但这些气体又是不安分的,想要让它们掉落地面甚至成为液体,固体并不容易,只有像木星那样的大佬才可以将空气甚至氢气牢牢的所在核心周围,成为金属氢物质,往外则是液态氢海洋,再往上才是气态分子氢!

所以空气没有掉下来是有原因的,因为地球不够大佬!

空气中的分子之间存在着微弱但持续的相互作用力,称为分子间相互作用力。这些相互作用力使得空气分子能够相互吸引和粘连在一起,形成一个比较稳定的气体状态。此外,空气中的分子也不断地进行着高速的热运动,因此它们不会像球一样静止不动。相反,它们会在不断地碰撞和运动中,通过向上的运动反作用力平衡着向下的重力,从而保持在空气中悬浮。

要让空气中的分子掉落在地上,必须要克服这些分子间相互作用力和空气分子的热运动。这需要在空气中创建一个非常低的压力,以使空气分子足够分散而无法维持气态。例如,在真空中,没有空气分子之间的相互作用力和碰撞,因此在这种情况下,物体会受到重力作用而掉落在地面上。

当我们将空气视为许多分子的集合时,我们可以看到这些分子在空气中自由运动,并在碰撞中传递动量和能量。空气中的分子是由原子和分子组成的,它们具有质量和速度,并且受到地球引力的作用。但是,由于它们的质量非常小,所以它们的惯性也很小,与地球引力相比可以忽略不计。因此,空气中的分子并不像球一样掉在地上,而是在空气中漂浮。

版权声明:本文来自用户投稿,不代表【闪电鸟】立场,本平台所发表的文章、图片属于原权利人所有,因客观原因,或会存在不当使用的情况,非恶意侵犯原权利人相关权益,敬请相关权利人谅解并与我们联系(邮箱:dandanxi6@qq.com)我们将及时处理,共同维护良好的网络创作环境。

(0)
上一篇 2023年05月24日 12:13
下一篇 2023年05月24日 12:25

相关推荐