Fizik-Kimya Sorusu

2 yıl

Çavuş

Konu Sahibi

elmayı bırakırken yer çekimi sayesinde yere düşüyor, hava molekülleri de yere düşüyor mu? düşüyorsa nasıl nefes alıyoruz

< Bu ileti Android uygulamasından atıldı >

R

Rook23

2 yıl

Onbaşı

Hocam sorunun cevabı için biraz gaz moleküllerinden ve davranışlarından bahsetmem lazım, ama açıklayabileceğimi umuyorum.

Katı (bu konuda elma mesela) molekülleri ile gaz moleküllerinin davranışları ve özellikleri birbirlerinden oldukça farklıdır. Katı molekülleri çok sıkı biçimde ve hareket alanları kısıtlı olarak bulunurlarken gaz molekülleri çok serbest yapıdalardır. Yer çekimi bu sıkı biçimde bir arada bulunan moleküllere evet çok iyi etki eder ama konu gaz olduğunda iş o kadar basit olmuyor.

Nasıl sıvılarda yoğunluk önemli bir konsept ise, gazlarda da öyledir. Suya zeytinyağı eklendiğinde çökmüyor da üste çıkıyor zira zeytinyağının yoğunluğu daha düşük. Bu mantıkla düşünürsek eğer havadan daha yoğun bir gaz olursa, mesela kükürt hekzaflorür gibi, yere çöküp altta kalabilir. Buradaki değişken ya da etki yer çekimi değil de yoğunluktur zira nefes aldığımız hava; yüksek hızda sürekli çarpışan moleküllerden oluşan ve yer çekiminden o kadar da etkilenmeyen bir "ortam"dır, bu ortama daha düşük yoğunlukta bir gaz girerse yukarda kalır daha yüksek yoğunlukta bir gaz girerse aşağıda kalır. Aynı şekilde, ortamı daha düşük yoğunluklu bir gaz oluştursaydı da bizim nefes aldığımız "hava" karışımı da yüzde olarak daha az bulunsaydı, yoğunluğu görece olarak daha yüksek olduğu için moleküller aşağıda (yeryüzüne yakın) kalacaktı ve biz de ya nefes alabilmek için yerde sürünecek ya da boğulacaktık. Yer çekiminin etkisi işte burada, yeryüzüne yakın ya da uzak kalmasında etkili oluyor.

Hatta şu alttaki videoda yapılan deneye bakarsanız, kükürt hekzaflorür kullanıldığında alüminyum folyonun havada durduğunu görebilirsiniz.

Olay tamamen "hava"nın, ortamı oluşturan şey olmasından kaynaklanıyor.

https://www.youtube.com/watch?v=XjCmwuGKR6g
Ekleme: Aslında bizim aldığımız nefes de, havanın bir noktada yere düşmesinden kaynaklı. Şöyle, atmosferde yükseldikçe havanın yoğunluğu ve oksijen miktarı düşüyor. Bilim insanlarına göre, yeryüzünden 6.1 km yukarısı bir insanın nefes alabilmesi için limit. Bundan daha yükseğe çıktığınız zaman havanın yoğunluğu ve oksijen miktarı çok fazla düştüğü için nefes alabilmek mümkün olmuyor. Everest'in zirvesi mesela 8.89 km yükseklikte olduğu için bir noktadan sonra oksijen takviyesi gerekiyor.

Başka bir açıdan bakarsak da şöyle bir sonuca varabiliriz.

Bir gaz molekülünün hızını hesaplama için kullanılan bir formül var. "Root mean square velocity" olarak da bilinen bu formül v = (3RT/M)^(1/2) olarak gösterilebilir. Buradaki R gaz sabiti, T sıcaklık ve M de gaz parçacıklarının moleküler ağırlığıdır.

Örnek olarak hava moleküllerini verdiğiniz için oradan devam edelim, havanın çok büyük bir çoğunluğu (yaklaşık %78'i) nitrojen/azottur, o yüzden şimdilik, sadece bir tahmin olarak azot molekülünü kullanalım.

Moleküler ağırlığı yaklaşık 28 gram/moldür ya da başka bir deyişle 0.028 kg/mol.

Sıcaklık 25 santigrat derece kabul edelim, oda sıcaklığı, bunu da kelvin'e çevirirsek 298.15 K yapar.
Gaz sabitinin değeri de 8.3145 (kg*m^2)/(s^2*K*mol).

Bunları yukarıdaki formüle koyarsak v = (3*8.3145*298.15/0.028) = 515 m/s çıkar. Yani bir nitrojen molekülü, 25 derece oda sıcaklığında, saniyede yaklaşık 515 metre hız ile hareket ediyor. Teknik açıdan bakarsanız, şayet gaz moleküllerinin hızı pratikte de böyle olsaydı, 500 metre ilerde bir kişi parfüm kapağını açsa, sizin anında kokuyu almanız gerekirdi. Kaldı ki bu bir de ortalama hız. Boltzmann dağılımına bakarsanız, bazı moleküller saniyede 10 metre sürate sahipken bazıları da 50000 metre hıza sahip olabilir.

Gözden kaçırdığımız ve dikkate alınması gereken nokta ise şu, bu moleküllerin neredeyse hiç biri, başka bir moleküle çarpmadan o kadar mesafe kat edemiyor. Bunun formülü biraz daha karmaşık ancak hesaplandığında ortaya çıkan sonuç şu; yine 25 santigrat derece sıcaklıkta (ya da 298.15 K), 1 bar basınç altında ve sadece bir saniye içinde, bir adet azot molekülü ortalama 7*10^9 ya da 7 milyar adet çarpışma yaşıyor (çok büyük bir çoğunluğu diğer moleküllerle).

Bunları niye anlattım, şu yüzden, sorduğunuz soruda elma molekülleri yere düşerken hava molekülleri de düşüyor mu demişsiniz. Hava yani gaz molekülleri ile katı moleküller birbirinden çok farklı özelliklere sahipler. Gaz molekülleri, yüksek hızda ve sayıda milyonlarca hatta milyarlarca kez çarpışıyorlar bir saniye içinde. Bu çarpışmalara elbette yer çekiminin etkisi vardır ancak bu duruma bir katı molekülmüş gibi bakmak pek doğru olmayacaktır.

Gaz molekülleri bir saniye içinde çok fazla yer değiştiriyor ve birbirlerine çarpıyorlar. Bunu etkileyen şeylerden biri de basınç. Bu moleküllerin "arasından" geçen bir elmanın basıncı değiştirebilmesi olası bir durum, ancak açık havada yapılan bir deneyde, bir adet elmanın çok önemli bir basınç farkı oluşturabileceğini de düşünmüyorum açıkçası. Kapalı bir ortam olursa, ortamdaki basınç artışı gaz moleküllerinin hızlarını ve dolayısıyla çarpışma sayılarını da arttıracaktır. Ancak yine de, bu basınç artışı moleküllerin yere düşmesine ya da yeryüzüne yakınlaşmasına sebep olmayacaktır zira gaz molekülleri tamamen rastgele şekilde hareket ediyorlar, bir kısmı yeryüzüne yaklaşacağı gibi bir kısmı da diğer doğrultularda hareket edeceklerdir.

< Bu mesaj bu kişi tarafından değiştirildi Rook23 -- 8 Aralık 2021; 17:29:0 >

T

terminator199

2 yıl

Çavuş

Konu Sahibi

Eyvallah hocam

< Bu ileti Android uygulamasından atıldı >