Imagina un pistón de gran diámetro lleno de agua conectado a un embudo pequeño. Cuando presionas lentamente pero con fuerza considerable sobre el pistón, el agua se moverá muy rápidamente desde el embudo en forma de chorro. ¿Pero cómo es posible a nivel molecular?
Las moléculas de agua están constantemente moviéndose dentro del pistón con diversas velocidades y direcciones, chocando entre sí e intercambiando momento como bolas de billar, sin embargo, las moléculas de agua del embudo se mueven uniformemente a gran velocidad.
Quiero saber cómo es posible que las moléculas lentas estén sumando momento a las que ya se están moviendo más rápido que el promedio. En la analogía de las bolas de billar, una bola que se mueve lentamente en la misma dirección nunca alcanzaría a la más rápida para aumentar aún más su momentum, y si se moviera en dirección contraria, solo podría recibir momento de la más rápida y, por lo tanto, solo frenarla.
Imagino que esta pregunta probablemente suena tonta, pero no he encontrado respuesta después de buscarla, así que decidí preguntar aquí.
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¿Qué pasaría si aplicara tanta fuerza al pistón (supongamos uno muy resistente) que el agua ya estuviera saliendo a la velocidad del sonido en agua (1.4 km/s) y luego duplicara esa fuerza?
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La velocidad del sonido solo está relacionada con la velocidad relativa al movimiento en masa del fluido. En otras palabras, como el agua ya se está moviendo a 1.4 km/s, la presión adicional simplemente la hará moverse más rápido, y después de que la onda se propague, el líquido volverá a tener una velocidad única en masa, más rápida que la velocidad del sonido (todo esto asumiendo que nada ralentiza el flujo, por supuesto). La clave aquí es que no importa la fuerza que apliques, siempre y cuando se aplique instantáneamente, vas a tener un flujo supersónico. Si lo distribuyes en el tiempo en cambio, simplemente potencias el flujo en masa.
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Simplemente un comentario. Imagina que el embudo está bloqueado y presionas el émbolo. Si el émbolo está lleno de LÍQUIDO (esto es realmente importante porque los líquidos son principalmente fluidos incompresibles), la presión en el interior aumentará, pero las bolas de billar no se moverán más rápido (la temperatura del fluido no está subiendo). Entonces, en este caso particular, no puedes pensar en las moléculas de agua solo como bolas que rebotan. Simplemente no funciona de esta manera. Como otros han señalado, las fuerzas moleculares juegan un papel muy importante.
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Aunque este es un tema ligeramente diferente, me sorprende mucho que nadie haya mencionado la dispersión inversa de Compton al leer el título. eud.gsfc.nasa.gov/Volker.Beckmann/school/download/…
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@ArturodonJuan: Mi primer pensamiento al leer el título fue sobre la aceleración de Fermi, pero al leer el contenido ni la mía ni la tuya es lo que OP quiere (tristemente, porque la aceleración de Fermi fue una buena parte de mi disertación).