¿Por qué las moléculas de aire no están unidas al suelo debido a la gravedad?

Moléculas como el O2 y el N2 (oxígeno y nitrógeno gaseoso, los componentes principales del aire), solo pueden unirse a cualquier cosa mediante enlaces químicos. La gravedad no tiene nada que ver con eso. Es un fenómeno electromagnético.

Y estas moléculas no tienen la energía para unirse entre sí o con el suelo, tienden a rebotar.

Sí, al menos tienen la energía para rebotar entre sí, y lo hacen. Se llama temperatura. Saltan y caen por gravedad, y rebotan y caen por gravedad.

Tampoco tienen suficiente energía para recuperarse y seguir adelante. ¡La gravedad gana!

¿Por qué no se cansan y todos colapsan en el suelo y giran?

Porque lo que les gusta como el suelo también tiene temperatura. Los átomos de tierra vibran como pequeños resortes, y pueden dar algo de energía a la molécula de aire, como un pateador en una máquina de pinball.

Entonces, para cualquier temperatura dada, rebote rebote rebote, todo el tiempo, siempre que el sol mantenga el suelo lo suficientemente cálido. La luz solar también puede darles a las moléculas un impulso directo de energía cuando un fotón de luz se topa con ellas.

Pero si hay demasiada temperatura, pueden liberarse de la gravedad de la Tierra y escapar.

Y con suficiente temperatura, pueden ionizarse en forma atómica en lugar de molecular a partir de la energía de la colisión, y luego reaccionar químicamente, incluido el pegado químico al suelo. O despegarse del suelo.

Y si hay una temperatura demasiado baja, pueden dejar de rebotar y rodar en un montón exhausto en el suelo que llamamos líquido. E incluso más abajo, ni siquiera pueden molestarse en rodar y volverse sólidos; El nuevo terreno! Un gas enfriado a una forma sólida se mantiene unido por un tipo muy débil de unión química.

Volviendo a las temperaturas normales de un buen día de verano, muy pocos pueden quedar atrapados en pequeños espacios en el suelo (absorbidos), pero los espacios se llenan y no hay espacio para el resto, por lo que continúan. . . rebote, rebote, rebote.

Por suerte para nosotros, no rebotan demasiado y no muy poco. ¡Solo bien!

De alguna manera lo son. Nuestra atmósfera, que está hecha de moléculas de varios gases diferentes, permanece adyacente (aunque no estrictamente unida) al planeta debido a la gravedad. Cuanto más cerca esté de la superficie del planeta, mayor será la densidad del aire en ese lugar, en gran parte debido a la atracción gravitacional.

Es posible que haya escuchado que los alpinistas necesitan llevar oxígeno embotellado con ellos cuando escalan las montañas más altas, y que las personas que viven en elevaciones más altas necesitan hacer ajustes en las recetas debido a la presión atmosférica más baja.

La luna, por ejemplo, no puede retener una atmósfera porque es mucho más pequeña que la Tierra y por lo tanto ejerce mucho menos fuerza gravitacional.

De hecho, se “unirían al suelo” como una capa de nitrógeno sólido, oxígeno y otros átomos y moléculas, si la temperatura fuera lo suficientemente fría como para congelar el aire. Pero no hace tanto frío, por lo que el aire es un gas, y como un gas sus átomos y moléculas están rebotando, moviéndose en una caminata aleatoria hasta que algunos de ellos se levantan muchos kilómetros del suelo.

Podemos ser mucho más cuantitativos acerca de cuán alto se ponen, usando la Distribución de Boltzmann para calcular las distribuciones de altura de varias moléculas y átomos; vea La atmósfera isotérmica

Los átomos ligeros como el helio llegan a la cima de la atmósfera y ocasionalmente alcanzan la velocidad de escape; Es por eso que nunca debe dejar que su Dewar de helio líquido se ventile al aire. Pero esa es otra historia.

La gravedad no une nada al suelo. La gravedad es una fuerza atractiva entre objetos proporcional a sus masas multiplicada entre sí. Las moléculas de aire tienen una masa muy baja y se mueven muy rápido, por lo que rebotan cerca del planeta golpeando el suelo y entre sí y con personas, árboles, automóviles, pájaros y partículas de polvo. De vez en cuando se alejan lo suficiente del planeta, pueden considerarse objetos individuales en órbita … pero no se mueven lo suficientemente rápido como para alcanzar la velocidad de escape, por lo que eventualmente caen en la sopa de otras moléculas cerca de la superficie de la Tierra.

• El factor principal es la inercia. explicado a continuación
• La razón por la cual la atmósfera sigue siendo espesa después de miles de millones de años es porque tiene dos efectos netos en las moléculas de aire, la gravedad, que la mantiene lo más cerca posible del suelo, y la inercia, que tiene el efecto neto opuesto. Entonces, mientras las moléculas no se ralenticen, “orbitarán” nuestro planeta.
• La razón es la misma que la luna orbitando la Tierra después de miles de millones de años. Hay un equilibrio entre la energía cinética de la luna y la energía potencial gravitacional, o un equilibrio entre la gravedad y la inercia.

Las moléculas de aire no se mantienen en el suelo porque a la temperatura de la atmósfera de la Tierra se mueven demasiado rápido. Por lo tanto, son moléculas de gas. Si la Tierra fuera mucho, mucho más fría, las moléculas de aire dejarían de moverse lo suficientemente rápido y, por lo tanto, dejarían de ser un gas. Luego terminarías con esas moléculas como capas líquidas o sólidas.

Sin embargo, las moléculas de gas en la atmósfera de la Tierra (con la excepción de los átomos de helio o las moléculas de hidrógeno) no se mueven lo suficientemente rápido como para escapar de la gravedad de la Tierra por lo tanto, tenemos una atmósfera. Si la gravedad fuera mucho más débil (como la Luna), esas moléculas de gas escaparían por completo al espacio.

Debido a que el sol calienta el aire, es por eso que siente calor. Cuando el aire se calienta, las moléculas de aire se mueven. La energía cinética de las moléculas de aire en la Tierra es lo suficientemente fuerte como para superar la atracción gravitacional, siempre que la molécula de aire se aleje del suelo. Si la Tierra estuviera lo suficientemente fría, digamos como en Plutón, las moléculas de aire tendrán energía insuficiente para escapar de la atracción gravitacional. De hecho, apenas hay atmósfera en Plutón ya que la mayoría de su atmósfera está congelada o licuada.

¡Ellas hacen! Por supuesto, hay muchas moléculas de aire que intentan encontrar la zona cero. Muchos ( todos ) son golpeados. De hecho, la presión del aire cerca del suelo es mayor que la presión del aire a una gran altitud. En términos generales, las moléculas de aire no son capturadas por el suelo (o si lo son, son solo algunas de ellas).

La teoría cinética de los gases dice que la gravedad no tiene efecto en las moléculas de aire (ideal). Las moléculas individuales de gases son tan pequeñas en tamaño y masa que no existe interacción gravitacional entre ellas y también con los objetos del entorno. Por lo tanto, la gravedad no tiene efecto para las moléculas individuales y, por lo tanto, son ramdom en movimiento.

Pero hemos aprendido que el aire tiene peso. El grupo de esas moléculas, si se mantienen juntas, actúa como un sistema con cierta masa que obviamente es atraída por la atracción gravitacional de la tierra. Esto ayuda a que el aire permanezca dentro de la atmósfera con una disminución radial de la densidad y la presión a medida que se aleja del centro de la tierra.

Las moléculas de aire se adhieren al suelo debido a la fuerza de la gravedad.

El aire generalmente flota cerca de la Tierra debido a la gravedad, sin embargo, la gravedad no es la única fuerza alrededor. La acción de las otras fuerzas puede ayudar a mantener las cosas separadas.

Las moléculas de aire definitivamente son atraídas a la Tierra por la gravedad o no habría atmósfera. Y como es de esperar, eso significa que la mayoría de la atmósfera está cerca del suelo.

Pero esa misma fuerza que empuja la atmósfera hacia el suelo también aumenta la presión del aire, que tiende a separar la atmósfera. Se logra un equilibrio, con la gravedad apretando y presionando hacia atrás.

Lo hacen cuando se combinan con hidrógeno para formar agua: lluvia . Pero como sabrán por las lecciones de geografía, también regresan al aire a través del proceso de circulación del agua (evaporación).

Y como se señala en otras respuestas. la atmósfera en su conjunto se adhiere a “la tierra”: la Tierra.

Entonces, en realidad, hay dos formas en que el ‘aire’ se adhiere al ‘suelo’.

Porque incluso el movimiento de aire pequeño es capaz de arrastrar estas moléculas de aire. Sus fuerzas son muchas veces mayores que el peso de la molécula.

La gravedad no es una fuerza. El aire no tiene suficiente impulso para escapar de la Tierra, pero tiene suficiente energía para ser un gas (en lugar de un líquido o un sólido).

El aire es un gas, y los gases no se adhieren a los sólidos en la mayoría de las situaciones.