¿Se puede utilizar el aire comprimido para hacer que un objeto "flote"?

Question

Imagina un contenedor lleno de aire a alta presión. Ahora imagine que hay algún objeto, tal vez una canica, dentro del recipiente. ¿Es posible hacer que la canica "flote" en el aire, debido a las fuerzas del aire presurizado que actúan sobre ella en todas las direcciones?

Además, ¿por qué los objetos tienden a extenderse hacia los bordes del contenedor, en lugar de hacia el centro?

Imagino que esto también dependerá de la forma, el tamaño y la presión del contenedor, así como de la forma y el tamaño de los objetos que haya dentro.

Answer 1

Sí.

En la práctica, probablemente dependa de la temperatura, pero supongamos que no es aire real, sino un gas ideal . Entonces, basta con aumentar la presión lo suficiente para que tenga la misma densidad (o infinitesimalmente mayor) que la canica: en este punto flotabilidad es igual al peso de la canica y puede "flotar".

Eso no dependerá de la forma o el tamaño del objeto que se encuentre en su interior, sólo de su densidad.

En cuanto a la propagación que describes, a menos que haya algún tipo de flujo en el contenedor, tiene que haber alguna atracción efectiva hacia la pared.

• Editar : es importante señalar que, si los conceptos clave no son sólo presión y flotación pero también aire que, como muchos señalaron, el aire no puede hacerse tan denso como una canica típica sin cambiar de fase (y o fundir la canica).

Answer 2

En general, la densidad del "fluido" en el que flota la canica tiene que ser mayor que la densidad de la canica. Pero el aire se licua primero, ver https://en.wikipedia.org/wiki/Triple_point No sé si hay alguna temperatura lo suficientemente alta como para que el aire no se licúe antes de alcanzar la densidad de una canica típica.

Answer 3

Consulta las otras respuestas sobre el aumento de la presión hasta que la densidad del gas sea equivalente a la del objeto.

Además, ¿por qué los objetos tienden a extenderse hacia los bordes del contenedor, en lugar de hacia el centro?

Eso es sólo entropía.

El número de estados (por ejemplo, la posición) de la canica que contaría como "cerca de los bordes" es enorme, ampliamente mayor que la cantidad de estados que consideraríamos "en el centro". Ahora, divide el volumen en una cuadrícula arbitrariamente fina de vóxeles (como los píxeles 3D) y etiqueta cada uno de ellos "cerca del borde" o "cerca del centro", según la definición que prefieras. Tendrás muchísimos más vóxeles etiquetados "cerca del borde".

A menos que estabilices activamente la canica en el centro, cualquier El movimiento de la canica la situará en un lugar más o menos aleatorio. Si suponemos que nada influye en ella después de recibir un pequeño empujón en una dirección aleatoria con una cantidad aleatoria de energía, entonces rebotará como una bola de billar en 3D y acabará descansando en algún lugar después de que una parte de la energía se haya desangrado por las colisiones con la caja (efecto grande); y el resto por el bombardeo constante de las moléculas de gas (efecto minúsculo, pero sigue estando ahí).

Contando simplemente los vóxeles, es mucho más probable que se detenga en uno que esté etiquetado como "cerca del borde" porque simplemente hay más de esos alrededor que los pocos vóxeles "en el centro".

(Nota: para abordar un tecnicismo mencionado en los comentarios: lo anterior está ligeramente simplificado; en la práctica se necesitarían 3 categorías ("cerca del borde", "en el centro", "en medio"). Si la caja es grande, una gran cantidad de esos vóxeles estarían "en medio". Sin embargo, la cantidad "en el centro" sería básicamente constante y muy pequeña, mientras que las otras categorías crecen. Así que ya ves por qué es, al menos, altamente improbable que, dondequiera que vaya la canica, no esté en el centro, o en cualquier otro lugar específico).