Si una caja llena de aire en el espacio se rompiera, ¿a qué velocidad saldría el oxígeno y por qué?

Answer 1

Pregunta original: si una caja llena de aire en el espacio se rompiera, ¿a qué velocidad saldría el oxígeno y por qué?

Comenzaré diciendo que el oxígeno se escaparía tan rápido como el resto del aire , al menos hasta el punto donde la atmósfera dentro de la caja es esencialmente un vacío, porque el peso molecular del oxígeno es bastante cercano al promedio molecular. peso del aire. Así que de aquí en adelante hablaré de lo rápido que escapará el aire.

La velocidad real del aire que se escapa es la velocidad del sonido en esa atmósfera, porque todo lo que escapa al espacio se encuentra en un régimen de flujo de Choked. Pero la velocidad del sonido depende de la densidad, que a su vez depende de la presión, por lo que esta velocidad varía a medida que el aire se escapa. Encontré este gráfico encantador de la Academia Espacial Australiana que grafica la presión interior de un contenedor presurizado de 30 metros cúbicos en función del tiempo transcurrido desde que se rompió. Note la escala logarítmica en el eje del tiempo; En realidad, la tasa de pérdida de presión disminuye uniformemente.

Recomendaría mucho leer http://www.spaceacademy.net.au/f…, del cual obtuve la trama de arriba, si desea una visión detallada de la física de la despresurización.

Answer 2

La respuesta precisa en cuanto a ‘qué tan rápido’ sería difícil de medir; le gustaría que la “velocidad” se expresara en “tiempo”, y por cuánto tiempo un “tiempo”.

En vez de eso, hablemos de la dificultad de bombear tanto vacío como sea posible, por ejemplo, una botella de leche (hecha de metal) y una botella de coque de igual volumen (también hecha de metal). Por lo tanto, para ambos, el bombeo inicial crea una “baja presión” en la boca de las botellas, y la interacción molecular interna (de las moléculas de oxígeno) en el interior son moléculas PUSHING hacia afuera … hacia el área de baja presión. Entonces … ¿qué sucede cuando hay tan poco oxígeno en la botella, que ya no se “rebotan”? ENTONCES la física comienza a cambiar; tiene muy pocas moléculas que sobresalen solo de las paredes … y DESDE QUE la botella de leche tiene un agujero grande para que puedan ubicarse al azar, entonces la botella de leche desarrollará un vacío más bajo más rápido.

Aplicar eso a su situación de “caja en el espacio” ahora debería ser simple. El espacio no es un vacío ‘absoluto’, pero es suficiente pensar en ello como tal, y las moléculas (como una nube de gas en expansión y difusa) en su caja se expandirán como una función del tamaño del orificio de escape, y La concentración de gas para empezar. las moléculas en movimiento (O2) continuarán en línea recta, hasta que “golpeen” a otra molécula u objeto; y los últimos no abandonarán la caja hasta que reboten alrededor de las paredes y encuentren al azar el orificio de salida.

Answer 3

Esto depende de la presión dentro de la caja, el volumen de la caja y el tamaño del agujero. Utilizará las ecuaciones de Dinámica de fluidos para determinar la tasa de escape instantáneo del aire a través del agujero. Luego, configura una integral que disminuye el volumen del gas y, por lo tanto, la presión) en cada paso de tiempo. Recuerde que a medida que pierde presión, también fluye más lento, por lo que necesita la integral y no puede simplemente dividir el volumen del gas por el caudal y obtener una respuesta. La presión no es fija, por lo que el flujo no es fijo.

Answer 4

Hay una serie de factores; 1) ¿El tamaño de la caja? Esto determina la cantidad de oxígeno que tiene.
2) ¿A qué presión se mantiene el oxígeno?
3) ¿Cuál es el tamaño de la brecha? Este es el segundo factor más importante (aparte del volumen) ya que determinará la velocidad a la que el oxígeno puede escapar de su contenedor.