Accelerare un corpo comporta surriscaldamento?

tmox
Buona sera.

Vorrei considerare un corpo dalla forma cubica, situato in un ambiente "adiabatico" (allo scopo di trascurare gli scambi di calore con l'esterno).

Questo cubo venga accelerato in una certa direzione. La forza agente cessi di accelerare il corpo dopo un tot tempo.

A questo punto, mi chiedo:

1) E' possibile affermare che le particelle costituenti il corpo abbiano una energia cinetica maggiore nella direzione del moto del corpo? In tal caso, considerando che la temperatura in termini microscopici è data dall'energia cinetica per grado di libertà di ogni particella, potremmo aspettarci di misurare una temperatura maggiore sulla faccia del cubo ortogonale alla direzione del moto? E tale temperatura potrebbe essere più elevata di quella misurabile sulle altre facce del cubo?

2) Supposto che quanto suddetto abbia senso, il corpo tenderà a raggiungere l'equilibro termico, ovvero il calore viaggerà internamente finché ogni faccia del cubo avrà la medesima temperatura. A questo punto il corpo potrebbe veder diminuire la energia cinetica nella direzione del moto? In tal caso la Legge prima di Newton sarebbe parzialmente invalidata, nel senso che il corpo, quando accelerato e poi lasciato viaggiare senza attriti, vedrebbe egualmente diminuire la sua velocità anche se non agiscono forze esterne.

Risposte
mgrau
Sei completamente fuori strada. Il calore è sì costituito dal movimento delle molecole, ma non un movimento coerente, ma uno casuale.
Del resto, la velocità di un corpo dipende dal sistema di riferimento: quindi, secondo te, la sua temperatura dipende dal sistema di riferimento?

(Nota: l'energia cinetica è uno scalare, non un vettore: così, dire : "le particelle costituenti il corpo abbiano una energia cinetica maggiore nella direzione del moto del corpo" non significa niente)

tmox
"mgrau":
Sei completamente fuori strada. Il calore è sì costituito dal movimento delle molecole, ma non un movimento coerente, ma uno casuale.
Del resto, la velocità di un corpo dipende dal sistema di riferimento: quindi, secondo te, la sua temperatura dipende dal sistema di riferimento?

(Nota: l'energia cinetica è uno scalare, non un vettore: così, dire : "le particelle costituenti il corpo abbiano una energia cinetica maggiore nella direzione del moto del corpo" non significa niente)


D'accordo. Tuttavia un corpo accelerato riceve un certo lavoro, come può essere relazionato all'aumento di calore?

Usavo una terminologia che sapeva di vettoriale per spiegare il dubbio. Il lavoro è svolto in una certa direzione, perché allora l'aumento della temperatura è dovuto a moti casuali?

P.s. Possiamo allora dire che l'accelerazione di un corpo non preveda affatto un aumento di calore?

mgrau
"tmox":
Tuttavia un corpo accelerato riceve un certo lavoro, come può essere relazionato all'aumento di calore?

In nessun modo. Come dici tu dopo, un corpo accelerato non si scalda

tmox
"mgrau":
[quote="tmox"]Tuttavia un corpo accelerato riceve un certo lavoro, come può essere relazionato all'aumento di calore?

In nessun modo. Come dici tu dopo, un corpo accelerato non si scalda[/quote]

Pensavo alla relazione tra Lavoro esercitato su un sistema ed il suo aumento di temperatura. Come nelle esperienze di Gay Lussac. In questo caso non vale?

Che poi, in un urto, le forze agenti alla fine inducono un aumento di temperatura. Per meglio dire, parte dell'energia potenziale diventa energia cinetica disordinata.

mgrau
Il lavoro compiuto su un corpo può diventare tante cose diverse:energia cinetica, energia potenziale gravitazionale, energia elastica, energia potenziale elettrostatica,..... e anche calore. Ma è solo uno dei tanti aspetti possibili.
Certo, per attrito, per urti anelastici, per effetto Joule, ecc, si può ottenere calore da altre forme.
Ma normalmente, nelle questioni di meccanica - urti anelastici e attrito a parte - non si prende in considerazione il calore. Ea anche qui al calore non ci si pensa, si pensa solo ad una parte di energia che sparisce, chissà dove -

tmox
"mgrau":
Il lavoro compiuto su un corpo può diventare tante cose diverse:energia cinetica, energia potenziale gravitazionale, energia elastica, energia potenziale elettrostatica,..... e anche calore. Ma è solo uno dei tanti aspetti possibili.
Certo, per attrito, per urti anelastici, per effetto Joule, ecc, si può ottenere calore da altre forme.
Ma normalmente, nelle questioni di meccanica - urti anelastici e attrito a parte - non si prende in considerazione il calore. Ea anche qui al calore non ci si pensa, si pensa solo ad una parte di energia che sparisce, chissà dove -


Ti ringrazio per le tue risposte. Comunque, il fatto che accelerare un corpo non implica il suo surriscaldamento è un fatto reale o solo un ipotesi? Se è un fatto reale, per il futuro dovrò imparare a tenere ben separate le cause di un aumento di temperatura dallo scambio di forze tra sistemi, in quanto non collegate.

mgrau
"tmox":
il fatto che accelerare un corpo non implica il suo surriscaldamento è un fatto reale o solo un ipotesi?


Reale, reale

tmox
"mgrau":
[quote="tmox"]il fatto che accelerare un corpo non implica il suo surriscaldamento è un fatto reale o solo un ipotesi?


Reale, reale[/quote]

D'accordo. Vorrei però richiederti una precisazione.

Un corpo solido in moto con velocità V, essendo composto da tanti ioni tra loro legati, è in realtà un insieme di particelle la cui velocità media di traslazione è V. Le particelle oscillano tra loro. In tutto questo poi si considera la temperatura come il risultato di oscillazioni delle particelle senza trasporto di materia. Ma se metto in moto un corpo in una certa direzione, influenzo le oscillazioni in quel verso. Potresti aiutarmi a capire come fanno le oscillazioni relative alla temperatura, e quelle relative al moto macroscopico, a fornire risultati scollegati tra loro (per l'appunto, temperatura in un caso, moto nell'altro)?

mgrau
"tmox":
. Ma se metto in moto un corpo in una certa direzione, influenzo le oscillazioni in quel verso. Potresti aiutarmi a capire come fanno le oscillazioni relative alla temperatura, e quelle relative al moto macroscopico, a fornire risultati scollegati tra loro (per l'appunto, temperatura in un caso, moto nell'altro)?

Si tratta di composizione delle velocità. Se hai un insieme di particelle in movimento caotico (le molecole di un gas, diciamo) può succedere che il loro centro di massa sia fermo, e allora tutta l'energia delle particelle è energia termica; oppure no, e allora l'energia associata al moto del CM è energia cinetica del sistema, il resto energia termica. Nota che l'energia termica è indipendente dal sistema di riferimento (in sostanza è l'energia cinetica nel sistema del CM), e l'energia cinetica no.

Faussone
"tmox":

Un corpo solido in moto con velocità V, essendo composto da tanti ioni tra loro legati, è in realtà un insieme di particelle la cui velocità media di traslazione è V. Le particelle oscillano tra loro. In tutto questo poi si considera la temperatura come il risultato di oscillazioni delle particelle senza trasporto di materia. Ma se metto in moto un corpo in una certa direzione, influenzo le oscillazioni in quel verso. Potresti aiutarmi a capire come fanno le oscillazioni relative alla temperatura, e quelle relative al moto macroscopico, a fornire risultati scollegati tra loro (per l'appunto, temperatura in un caso, moto nell'altro)?


Credo che l'equivoco di fondo è che mescoli il microscopico e il macroscopico.

Per concretizzare le idee supponiamo che hai un corpo solido. La temperatura di questo solido puoi pensarla legata alla velocità di oscillazione delle molecole e/o degli atomi che constituiscono il corpo attorno alle loro posizioni di equilibrio.
Ora se acceleri macroscopicamente il corpo non alteri tale velocità di oscillazione, semplicemente aumenti la velocità di traslazione, diciamo così, del centro di massa di tutte le molecole e atomi, ma questo non fa variare la loro velocità di oscillazione attorno alle posizioni di equilibrio, pertanto la temperatura non cambia.

E' un discorso qualitativo e non rigoroso, ma dovrrebbe darti una idea.

tmox
"Faussone":

Per concretizzare le idee supponiamo che hai un corpo solido. La temperatura di questo solido puoi pensarla legata alla velocità di oscillazione delle molecole e/o degli atomi che constituiscono il corpo attorno alle loro posizioni di equilibrio.
Ora se acceleri macroscopicamente il corpo non alteri tale velocità di oscillazione, semplicemente aumenti la velocità di traslazione, diciamo così, del centro di massa di tutte le molecole e atomi, ma questo non fa variare la loro velocità di oscillazione attorno alle posizioni di equilibrio, pertanto la temperatura non cambia.

E' un discorso qualitativo e non rigoroso, ma dovrrebbe darti una idea.


Non credo che questo sia esatto. Mi spiego.

Supponiamo di avere 10 sfere in fila, connesse da molle. In pratica sto schematizzando un corpo solido microscopicamente, consideriamo soltanto l'asse x. Supponiamo di sottoporre il sistema ad una Forza F che spinga la prima sfera a spostarsi lungo l'asse x. Tale sfera sollecitata, connessa con una molla alla seguente, porrà l'intero sistema in moto. Le sfere NON si sposteranno in modo ordinato, ma sarano in oscillazione reciproca proprio perchè connesse da "molle". Alcune sfere saranno più veloci, altre più lente, a tratti alternati. In altre parole, il moto macroscopico del centro di massa vede una velocità V, che è il risultato MACROSCOPICO delle oscillazioni delle molecole, e della loro velocità media.

Supponiamo che all'inizio le sfere fossero già in oscillazione per agitazione termica, quando il centro di massa risultava fermo. A seguito dell'inizio del moto, tali oscillazioni saranno diverse da quelle che si avevano per agitazione termica all'inizio, in quanto sono state alterate dall'azione della forza.


Questo è quello che intuisco, magari sbagliando.

Quindi la distinzione tra moto traslazionale e agitazione termica non è così scontata. Da qui mi ricollego alla prima domanda: accelerando il corpo ho alterato la porzione di temperatura (in modulo) dovuta alle oscillazioni traslazionali? La risposta pare essere no.


"mgrau":
Si tratta di composizione delle velocità. Se hai un insieme di particelle in movimento caotico (le molecole di un gas, diciamo) può succedere che il loro centro di massa sia fermo, e allora tutta l'energia delle particelle è energia termica; oppure no, e allora l'energia associata al moto del CM è energia cinetica del sistema, il resto energia termica. Nota che l'energia termica è indipendente dal sistema di riferimento (in sostanza è l'energia cinetica nel sistema del CM), e l'energia cinetica no.


Posti due corpi a contatto, uno più caldo dell'altro, il calore si trasmetterà per conduzione dal corpo più caldo al corpo più freddo. Per conduzione termica il calore si trasferisce per urto fra le molecole oscillanti. Allora perchè il corpo più freddo (che riceve calore) non dovrebbe mettersi in moto in quanto urtato dalle molecole vibranti dell'altro? Anche questo aspetto dell'energia cinetica scambiata fra le molecole (ma non dai corpi macroscopicamente) risulta dissonante; infatti un corpo vede aumentre l' energia cinetica del CM quando sollecitato da una forza esterna, e lo stesso vale per lo scambio di calore (aumento dell'energia termica per urti). Manca una distinzione NETTA tra i due fenomeni. Quand'è che una forza mi accelera un corpo, e quando invece ne aumenta solo la temperatura?

mgrau
"tmox":
Manca una distinzione NETTA tra i due fenomeni. Quand'è che una forza mi accelera un corpo, e quando invece ne aumenta solo la temperatura?


Certo, non siamo in matematica. Se hai una sola molecola, questa distinzione non c'è. Se ce ne è qualche decina, penso che si possa cominciare a vederla. Se il numero è dell'ordine del numero di Avogadro ( $6 * 10^23$) invece credo proprio che non ci siano problemi a distinguere i due fenomeni

tmox
"mgrau":
[quote="tmox"]Manca una distinzione NETTA tra i due fenomeni. Quand'è che una forza mi accelera un corpo, e quando invece ne aumenta solo la temperatura?


Certo, non siamo in matematica. Se hai una sola molecola, questa distinzione non c'è. Se ce ne è qualche decina, penso che si possa cominciare a vederla. Se il numero è dell'ordine del numero di Avogadro ( $6 * 10^23$) invece credo proprio che non ci siano problemi a distinguere i due fenomeni[/quote]

Credo di aver trovato un esempio per quanto dicevamo: gli ugelli dei motori a reazione.

Questi si scaldano moltissimo a seguito dell'impatto con le particelle del fluido che elaborano, il quale ha il compito di spingere il motore in avanti urtando l'ugello. Credo sia un esempio di come l'accelerazione di un corpo ( in questo caso l'ugello, il motore o se vogliamo l'aereo intero) comporti aumento di temperatura.

mgrau
Prova a mettere la manina nei gas di scarico di un reattore, poi mi dici se si scalda o si rinfresca.
Comunque, con questo considero conclusi i miei contributi al tema.

maximpertinente
"tmox":
Posti due corpi a contatto, uno più caldo dell'altro, il calore si trasmetterà per conduzione dal corpo più caldo al corpo più freddo. Per conduzione termica il calore si trasferisce per urto fra le molecole oscillanti. Allora perchè il corpo più freddo (che riceve calore) non dovrebbe mettersi in moto in quanto urtato dalle molecole vibranti dell'altro?


A livello microscopico non avvengono urti. Il calore è scambiato per irraggiamento e la temperatura rappresenta l'intensità delle radiazioni emesse dal corpo, generate dai moti relativi tra particelle.

"tmox":
Manca una distinzione NETTA tra i due fenomeni. Quand'è che una forza mi accelera un corpo, e quando invece ne aumenta solo la temperatura?


-Una forza in grado di produrre una variazione di modulo velocità (forza impulsiva) dell'intero corpo, non genera incremento delle emissioni EM.

-Diversamente, se la forza impulsiva genera un aumento della cinetica solo di alcune delle particelle costituenti il corpo, ne deriva un incremento di moto relativo tra queste e maggiore intensità di emissioni.

Tralasciando casi particolari, di forze che producono trasformazioni adiabatiche e che devi conoscere nel dettaglio, mi pare che le diverse manifestazioni rientrano tutte in quei due gruppi.
Per approfondire , esamina gli effetti delle forze elettromagnetiche esercitate per tempi relativamente lunghi, poi per tempi molto brevi. E su masse diverse, e con carica dello stesso valore ma con segno opposto.

tmox
"maximpertinente":

A livello microscopico non avvengono urti. Il calore è scambiato per irraggiamento e la temperatura rappresenta l'intensità delle radiazioni emesse dal corpo, generate dai moti relativi tra particelle.

[quote="tmox"]Manca una distinzione NETTA tra i due fenomeni. Quand'è che una forza mi accelera un corpo, e quando invece ne aumenta solo la temperatura?


-Una forza in grado di produrre una variazione di modulo velocità (forza impulsiva) dell'intero corpo, non genera incremento delle emissioni EM.

-Diversamente, se la forza impulsiva genera un aumento della cinetica solo di alcune delle particelle costituenti il corpo, ne deriva un incremento di moto relativo tra queste e maggiore intensità di emissioni. [/quote]

Buongiorno, e grazie per il tuo intervento.

Trovo la tua precisazione molto interessante, anche perchè per me risulta nuova. Spesso la conduzione termica viene esplicata come conseguenza degli urti progressivi tra le particelle. Dunque questo non avviene realmente? L'irraggiamento provoca un aumento della energia cinetica degli atomi costituenti un corpo? Credo sia un punto importante, visto che lo scambio di calore non prevede trasporto di materia, ma sui libri si parla di urti fra molecole. Questa cosa confonde al quanto, perchè sembra rendere non coinciliabili Meccanica e Trasmissione del Calore. Sembra che ogni modello funzioni solo se preso da solo, ma messi insieme diventano incongrui. Potresti approfondire l'aspetto dei moti relativi che determinano l'emissione Elettro Magnetica? In che modo l'irraggiamento aumenta l'energia cinetica delle particello ma NON ne provoca lo spostamento complessivo?

Per quanto riguarda le forze: quand'è che una forza riesce a scuotere solo alcune particelle e quando invece muove l'intero corpo? Non è facile da capire, perchè per Newton, data una forza e data una massa, il corpo si muove con una certa accelerazione. Non vi sono eccezioni in questo senso.
Nell'esempio dell'ugello di un motore, la sua struttura è colma di urti con le particelle del fluido elaborato. Ma otteniamo un moto macroscopico, e allo stesso tempo un aumento di calore. Come possiamo scomporre questi due effetti?

maximpertinente
Le onde EM trasportano quantità di moto e le particelle di un corpo ne assorbono l'energia in misura dipendente dal rapporto tra la lunghezza d'onda e le frequenze relative ad alcuni orbitali.
Gli effetti si riscontrano nella vita di tutti i giorni, ad esempio la luce scalda le superfici irraggiate.
Effetti di tipo gigante di questo fenomeno sono ottenibili agendo in modo mirato, vedi effetto fotoelettrico.

Le vibrazioni tra molecole non sono direttamente causali dell'emissione elettromagnetica, in ogni caso concorrono allo stato perturbativo degli elettroni.
L'attrito è determinato dall'interazione elettrostatica tra le molecole delle superfici di contatto, ma naturalmente nel microscopico non c'è contatto, ad una determinata distanza avviene una repulsione tra campi elettrici generati dalle cariche negative, che nella materia ordinaria costituiscono una sorta di guscio per atomi e molecole. Ma solo per causa delle nostre lente capacità di percezione, infatti in un certo senso questi campi elettrici, relativamente alle loro posizioni medie, pulsano poichè le particelle ruotano intorno a dei nuclei, e due campi ravvicinati che interagiscono, propagati da cariche oscillanti dello stesso segno, tendono a sincronizzare i loro moti oscillatori.

L'accelerazione indotta da una forza esercitata su un corpo è inversamente proporzionale alla massa. Nota che le particelle che compongono la materia hanno valori di carica uguale e l'impulso assorbito da un'onda EM è identico. Tuttavia hanno masse che differiscono di almeno tre ordini di grandezza e la nota espressione F=ma è inflessibile a riguardo.

mathbells
Quando uno dice questo:
"tmox":
Posti due corpi a contatto, uno più caldo dell'altro, il calore si trasmetterà per conduzione dal corpo più caldo al corpo più freddo. Per conduzione termica il calore si trasferisce per urto fra le molecole oscillanti


e uno gli risponde così

"maximpertinente":
A livello microscopico non avvengono urti. Il calore è scambiato per irraggiamento...


poi succede questo...(e cioè un disastro mentale)

"tmox":
Trovo la tua precisazione molto interessante, anche perchè per me risulta nuova. Spesso la conduzione termica viene esplicata come conseguenza degli urti progressivi tra le particelle. Dunque questo non avviene realmente?


Ora, precisato che mettendo due corpi a contatto il calore si trasmette ANCHE per irraggiamento, affermare che la conduzione non avviene o peggio ancora che la conduzione non è basata sugli urti, è una bestialità che denota, oltre che ignoranza, anche una certa superficialità ed arroganza. Mi pare di aver già richiamato l'utente maximpertinente invitandolo ad essere più prudente nelle sue affermazioni, ed a fare riferimento alla fisica che si trova nei libri di testo e non a quella sui generis che si trova nella sua testa. Ho già spiegato che in questo forum cerchiamo di chiarire (con molta fatica e dedizione) le idee agli utenti che chiedono aiuto, e quindi vediamo con un certo fastidio chi con superficialità ed arroganza pontifica a vanvera senza mostrare il minimo dubbio su ciò che afferma. Rinnovo quindi l'invito all'utente maximpertinente a studiare di più ed a parlare di meno. Grazie.

PS: ci sono altre castronerie nei post qui sopra, ed affermazioni senza senso, ma io no ho tempo di vagliare e correggere tutte le affermazioni errate/insensate, ragione ulteriore per rinnovare l'invito a non parlare a vanvera. Grazie.

maximpertinente
Posto il fatto che se uno dice questo:

"tmox":
Per conduzione termica il calore si trasferisce per urto fra le molecole oscillanti. Allora perchè il corpo più freddo (che riceve calore) non dovrebbe mettersi in moto in quanto urtato dalle molecole vibranti dell'altro?
Manca una distinzione NETTA tra i due fenomeni. Quand'è che una forza mi accelera un corpo, e quando invece ne aumenta solo la temperatura?


E uno, tra le altre cose, dice:

"maximpertinente":
A livello microscopico non avvengono urti. Il calore è scambiato per irraggiamento e la temperatura rappresenta l'intensità delle radiazioni emesse dal corpo, generate dai moti relativi tra particelle.


specificando in poche righe anche le diverse dinamiche di scambio per interazione elettromagnetica ed elettrostatica,
- un intervento di questo genere:

"mathbells":
affermare che la conduzione non avviene, o peggio ancora che la conduzione non è basata sugli urti, è una bestialità che denota, oltre che ignoranza, anche una certa superficialità ed arroganza.


significa aver letto con superficialità i contributi, ignorare le basi dell'argomento (quelle accademiche, sia chiaro), oltre al fatto che entrare a gamba tesa in questo modo, sentenziando su persone che nemmeno conosci, implica una notevole dose di arroganza.

milzar
Ma qui non esiste un moderator moderatoris?

Inconcepibile la mancanza di rispetto con cui Mathbells svolge ed intende, travisandolo del tutto, il ruolo di moderatore di un libero forum di discussione come questo.

Rispondi
Per rispondere a questa discussione devi prima effettuare il login.