Молекулярная физика. Понимаете ли вы физику?

1 Газ способен к неограниченному расширению. Почему существует атмосфера у Земли? 2. Вы надули щёки. При этом и объём и давление воздуха у вас во рту увеличиваются. Как это согласовать с законом Бойля-Мариотта? 3. В ветренную погод у людей отмерзают носы. Между тем приходится читать о том, что метеориты раскаляются от трения о воздух. Почему не нагревается нос?

1

Утверждение об неограниченном расширении газа относится к случаю, если на молекулы газа не действуют никакие силы (за исключением сил взаимодействия при случайных соударений). В случае молекул атмосферы это не совсем так.

Атмосфера Земли лежит в своего рода "сосуде" с гравитационными "стенками". Молекулы воздуха, как и все гравитирующие объекты, обладают гравитационной массой. Поэтому они не могут покинуть планету, если не обладают скоростью, большей второй космической.

Кстати сказать, из-за теплового распределения по скоростям часть молекул атмосферы (по счастью для нас - небольшая) обретают скорости, позволяющие им покидать пределы атмосферы безвозвратно. Если бы этот процесс не компенсировался бы постоянным пополнением атмосферы, Земля со временем растратила бы её.

2.

Никак! Поскольку з. Б-М относится к газовым процессам с неизменной массой. А когда мы - Вы, или я, или ещё кто-то - надуваем щеки, мы добавляем за эти самые щёки добавочную массу воздуха из легких. Так что это просто-напросто другой случай. Для которого нужно применять другой закон.

3.

Опять-таки, это разные случаи. Охлаждение (и разогрев) при соприкосновении с налетающим воздухом происходит не из-за прикосновения с воздухом как таковым. А из-за того, как происходит это соприкосновение и что при этом происходит.

При дозвуковых скоростях налетающего потока изменение температуры обтекаемого тела (носа или метеорита - неважно) увеличиваются теплопотери (и то лишь тогда, когда температура тела выше температуры воздуха. Так, в пустыне жарким днём, нос отнюдь не замёрзнет от ветра - наоборот! жаркий ветер будет обжигать нос жаром).

При сверхзвуковых скоростях - а именно с такими скоростями врезаются космические обломки в атмосферу - обтекаемое тело создаёт ударную волну, в области которой температура повышается на порядки. Грубо это можно представить себе как адиабатический разогрев сжимаемого столба воздуха перед налетающим телом, поскольку при сверхзвуке среда не "успевает" расступаться перед сверхзвуковым объектом.

Вот почему сверхзвуковой метеорит накаляется, пока не сгорит - или не сбросит скорость в ходе торможения до звуковой. Если это сброс скорости произойдёт достаточно высоко над грунтом, то на конечном этапе падения метеорит будет охлаждаться по мере своего перемещения в воздухе - точно так же, как и нос!