Дополнение к устройству, нарушающему второе начало термодинамики
Кинетическая энергия поступательного движения шаров. Скорости шаров до и после столкновения. Случай, когда шар сталкивается с массивной стенкой, масса которой бесконечно велика. Случай, когда происходит центральный удар двух шаров различной массы.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 04.09.2013 |
| Размер файла | 241,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Дополнение к устройству, нарушающему второе начало термодинамики
1.) Случай, когда шар сталкивается с массивной стенкой, масса которой бесконечно велика. При столкновении с ней тангенциальная скорость шара не меняется, а нормальная меняет знак. Это значит, что шар отскакивает от стенки зеркально: его скорость по модулю не изменяется, а угол падения равен углу отражения. Удар шара о массивную стенку сообщает ей конечный импульс, в то время как кинетическая энергия, приобретаемая стенкой, пренебрежимо мала. Например, если удар шара нормальный, то скорость шара v после удара становиться равной -v, а импульс шара получает приращение -2mv. Чтобы общий импульс не изменился, стенка должна воспринять импульс MV = 2mv, проявляющийся в конечной силе удара, действующей на стенку. При этом стенка получает скорость V = 2mv/M, которая для массивной стенки бесконечно мала. Бесконечно мала и кинетическая энергия, приобретаемая стенкой. Действительно, её можно представить в виде MV2/2 = M/V * V/2, т.е. в виде произведения конечного импульса MV на половину бесконечно малой скорости V/2.
2.) Случай, когда происходит центральный удар двух шаров массой m1 и m2. В случае абсолютно упругого удара, шары деформируются и кинетическая энергия переходит в потенциальную энергию упруго-деформированных шаров. В этот момент шары аналогичны сжатым пружинам. Ввиду этого начинается обратный процесс перехода энергии упругих деформаций в кинетическую энергию поступательного движения. Таким образом, кинетическая энергия поступательного движения шаров снова принимает исходное значение, каким оно было до удара. Скорости шаров после столкновения можно легко вычислить из законов сохранения импульса тела и энергии. v1 и v2 со штрихом - это скорости после столкновения.
движение шар столкновение скорость
Когда сфера с молекулой внутри находится в сосуде, в котором создан глубокий вакуум, то это замкнутая система. Молекула, ударяясь в стенки сферы, вызывает небольшие смещения сферы относительно центра масс. Условия столкновения с обеими стенками для молекулы одинаковые. Центр масс остаётся на месте. Рис.а. Рассмотрим случай, когда молекула ударяется в стенку сферы, соприкасающейся с сосудом. Рис.б. Так как сфера соприкасается с сосудом, то для молекулы в данном случае масса сферы равна массе сосуда. Масса сосуда бесконечно велика относительно массы молекулы. Ситуация, аналогичная случаю 1. Только молекула - это шар, а сфера с сосудом - массивная стенка. Чтобы общий импульс не изменился, сосуд воспринимает импульс MV = 2mv. При этом сосуд получает скорость V =2mv/M, которая для массивного сосуда бесконечно мала. Также бесконечно мала и кинетическая энергия, приобретаемая стенкой. Молекула после удара отскакивает зеркально: скорость по модулю не изменяется, а угол падения равен углу отражения. Молекула, после столкновения со стенкой сферы, отскакивает с той же скоростью. Сфера с сосудом остаются на месте. Их скорость равна 0. Отскочив, молекула сталкивается с противоположной стенкой сферы. Рис.в. Этой частью стенки сфера не соприкасается с сосудом. Поэтому в данном случае масса сфера для молекулы равна массе сферы. Это аналогично случаю 2. Молекула - это один шар, а сфера - это другой шар. Для простоты расчётов допустим, масса молекулы - 1, а масса сферы - 106. Скорость молекулы 500 м/с. Скорость сферы - 0. Подставляем значения в формулы и получаем скорость молекулы -499,999 м/с. Молекула после удара отскочила со скоростью 499,999 м/с. Скорость сферы после удара 0,001 м/с. То есть сфера, после удара молекулы, начнёт двигаться от стенки сосуда со скоростью 0,001 м/с. Так как сфера находится в сосуде, в котором создан глубокий вакуум, то нет внешних сил в виде ударов молекул, воздействующих на сферу. Если геометрическая сумма внешних сил, действующих на систему, равна 0, то импульс системы сохраняется, т.е. не меняется со временем. Это имеет место, когда система замкнутая. А когда сфера отошла от стенки сосуда - это замкнутая система. Рис.г. Поэтому центр масс системы сфера-молекула движется с постоянной скоростью, пока снова не сталкивается с сосудом. Рис.д. Когда сфера сталкивается с сосудом, то это уже не замкнутая система. Условия столкновения молекулы с противоположными стенками снова разные. Происходит аналогичный процесс, как при первом столкновении. Сфера получает дополнительный импульс от молекулы и отскакивает с увеличенной скоростью. При каждом следующем столкновении сфера будет увеличивать свою скорость. Скорость сферы будет увеличиваться, а скорость молекулы уменьшаться. Но так как в сфере будет находиться множество молекул газа, то скорость при каждом столкновении будет увеличиваться значительно больше. Скорость молекул в сфере уменьшается. То есть температура газа уменьшается. Соответственно температура сферы тоже понижается. Поэтому при каждом столкновении сферы с сосудом, сфера будет получать какую-то часть тепла от сосуда. Всё как в статье «Устройство, нарушающее второе начало термодинамики». И самое главное - законы физики не нарушаются.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Изучение законов сохранения импульса и механической энергии на примере ударного взаимодействия двух шаров. Определение средней силы удара, коэффициента восстановления скорости и энергии деформации шаров. Абсолютно упругий, неупругий удар, элементы теории.
контрольная работа [69,4 K], добавлен 18.11.2010Проверка основного закона динамики вращательного движения и определение момента инерции динамическим методом. Законы сохранения импульса и механической энергии на примере ударного взаимодействия двух шаров. Вращательное движение на приборе Обербека.
лабораторная работа [87,7 K], добавлен 25.01.2011Направления, сериалы в релятивистской кинетической теории. Макроскопические величины, вектор потока частиц. Релятивистское кинетическое уравнение. Случай без столкновения. Дифференциальное сечение, скорость перехода. Макроскопические законы термодинамики.
контрольная работа [978,9 K], добавлен 05.08.2015Первоначальное событие бытия. Элементарный объем и масса. Потенциальная и кинетическая составляющие массы. Статическая часть массы. Взаимосвязь массы и вещества. Мерность массы, энергия и поле. Гравитационное поле как кинетическая масса симметричных масс.
научная работа [4,7 M], добавлен 27.02.2010Первое начало термодинамики. Однозначность внутренней энергии как функции термодинамического состояния. Понятие энтропии. Второе начало термодинамики для равновесных систем. Третье начало термодинамики.
лекция [197,4 K], добавлен 26.06.2007Практические формы уравнений движения. Коэффициент инерции вращающихся частей поезда. Упрощенная кинематическая схема передачи вращающего момента с вала на обод движущего колеса. Кинетическая энергия, физхическая масса и скорость поступательного движения.
лекция [129,5 K], добавлен 27.09.2013Передача энергии от одного тела к другому. Внутренняя энергия и механическая работа. Первое начало термодинамики. Формулировки второго закона термодинамики. Определение энтропии. Теоремы Карно и круговые циклы. Процессы, происходящие во Вселенной.
реферат [136,5 K], добавлен 23.01.2012Сущность движения материальных тел. Виды и основные формулы динамики поступательного движения. Классическая механика, как наука. Инерциальные и неинерциальные системы отсчета. Величина, определяющая инерционные свойства тела. Понятие массы и тела.
контрольная работа [662,8 K], добавлен 01.11.2013Механика: основные понятия и аппарат качественного анализа движения динамических систем. Кинетическая и потенциальная энергия механической системы. Обобщенные координаты и скорости. Два способа описания движения в обыкновенных дифференциальных уравнениях.
презентация [277,8 K], добавлен 22.10.2013Определения молекулярной физики и термодинамики. Понятие давления, основное уравнение молекулярно-кинетической теории. Температура и средняя кинетическая энергия теплового движения молекул. Уравнение состояния идеального газа (Менделеева - Клапейрона).
презентация [972,4 K], добавлен 06.12.2013Основные понятия и определения молекулярной физики и термодинамики. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории. Температура и средняя кинетическая энергия теплового движения молекул. Состояние идеального газа (уравнение Менделеева-Клапейрона).
презентация [1,1 M], добавлен 13.02.2016Кинетическая энергия беспорядочного движения частиц. Зависимость внутренней энергии от макроскопических параметров. Передача энергии от одного тела к другому без совершения работы. Удельная теплота плавления и парообразования. Первый закон термодинамики.
контрольная работа [563,0 K], добавлен 14.10.2011Два основных вида вращательного движения твердого тела. Динамические характеристики поступательного движения. Момент силы как мера воздействия на вращающееся тело. Моменты инерции некоторых тел. Теорема Штейнера. Кинетическая энергия вращающегося тела.
презентация [258,7 K], добавлен 05.12.2014Механическая работа и энергия. Закон сохранения энергии. Динамика материальной точки, движущейся по окружности. Следствия уравнения Бернулли. Молекулярная физика и термодинамика. Молекулярно-кинетическая теория газов. Первое начало термодинамики.
учебное пособие [5,8 M], добавлен 13.10.2013Исследование механизма упругих и неупругих столкновений, изучение законов сохранения импульса и энергии. Расчет кинетической энергии при абсолютно неупругом ударе и описание механизма её превращения во внутреннюю энергию, параметры сохранения импульса.
лабораторная работа [129,6 K], добавлен 20.05.2013Кинетическая энергия электрона. Дейбролевская и комптоновская длина волны. Масса покоя электрона. Расстояние электрона от ядра в невозбужденном атоме водорода. Видимая область линий спектра атома водорода. Дефект массы и удельная энергия связи дейтерия.
контрольная работа [114,0 K], добавлен 12.06.2013Задача на определение ускорения свободного падения. Расчет начальной угловой скорости торможения вентилятора. Кинетическая энергия точки в момент времени. Молярная масса смеси. Средняя арифметическая скорость молекул газа. Изменение энтропии газа.
контрольная работа [468,3 K], добавлен 02.10.2012Определение скорости и ускорения точки методами ее простого и сложного движения. Рассмотрение равновесия манипулятора с рукой. Расчет кинетической энергии манипулятора путем подстановки преобразованных выражений в уравнения Лагранжа второго рода.
контрольная работа [1,9 M], добавлен 27.07.2010Понятие массы тела и центра масс системы материальных точек. Формулировка трех законов Ньютона, лежащих в основе классической механики и позволяющих записать уравнения движения для любой механической системы. Силы гравитационного притяжения и тяжести.
презентация [636,3 K], добавлен 21.03.2014Второй закон термодинамики: если в системе нет равновесия, процессы протекают в направлении, при котором система приблизится к равновесию. Превращение работы в теплоту. Два источника теплоты – с высокой температурой и с низкой. Сжатие газа в компрессорах.
реферат [143,4 K], добавлен 25.01.2009
