¿Cómo arden las llamas hacia arriba mientras la gravedad las empuja hacia abajo?

¿Qué es la llama?
La llama es básicamente un paquete de gases calientes. Es visible para nosotros debido a su temperatura. Considere un quemador de queroseno, un hidrocarburo se quema y produce CO2, agua y calor.

Para cualquier hidrocarburo.
CxH2y + (x + 1 / 2y) O2 -> x CO2 + y H2O + CALOR

Ahora este calor de combustión calienta el gas circundante. Este gas puede tener una temperatura que varía de 200 a 1500 grados. C

Ahora estos gases calentados están alrededor de la ubicación de combustión (ubicación de reacción, por ejemplo, punta de la vela), ¿puede subir o bajar?

Pero cuando los gases se calientan, su energía cinética aumenta y la distancia entre las moléculas aumenta correspondientemente, lo que hace que el gas sea raro y menos denso.

Como este gas es más liviano, tenderá a subir, y el aire circundante frío más denso descenderá para reemplazarlo.

A medida que la llama sube, se diluye y baja la temperatura, se vuelve invisible para nuestros ojos.

(¿Estoy sobre simplificando las cosas?)

La llama apunta hacia arriba precisamente porque existe la gravedad.

El plasma que forma la llama es menos denso que el aire que lo rodea, por lo que el aire se hunde mientras la llama se eleva. Es lo mismo para los globos llenos, por ejemplo, de hidrógeno o helio: son menos densos, por lo que la gravedad empuja el aire más denso hacia abajo y permite que el globo se eleve.

En la Estación Espacial Internacional, los astronautas han realizado experimentos que prueban el comportamiento del fuego en microgravedad, bajo las cuales la llama no se eleva como lo hace en la Tierra, lo que demuestra que la gravedad funciona exactamente como cabría esperar.

Joshua Engel respondió esto, solo voy a agregar algunos detalles.

Cuando se encuentra en un sistema cerrado donde la gravedad puede aproximarse por una simple fuerza direccional (es decir, “hacia abajo”), los cuerpos y los objetos dentro de ese sistema tienden a seguir esa fuerza (es decir, las cosas “caen hacia abajo”). Además de esto, cuanto más denso es un cuerpo / objeto, mayor es su tendencia a “caer” más bajo que los cuerpos / objetos menos densos . En otras palabras, los objetos de alta densidad tienden a “hundirse” y los objetos de baja densidad tienden a “flotar”.

Esto es cierto para los sólidos, pero es más fácil de ver en líquidos o gases ya que la materia en estos estados fluye libremente (es decir, los sólidos pueden ser incapaces de reconfigurarse la mayor parte del tiempo). Un ejemplo fácil de esto es el aceite y el agua, el aceite se asienta sobre el agua porque es menos denso que el agua, e incluso si lo agita y lo voltea, el aceite siempre flotará hacia arriba.

Finalmente, generalmente la temperatura de un objeto afecta linealmente su densidad (aunque hay excepciones notables, el agua se comporta de manera extraña). Las temperaturas más altas resultan en densidades más bajas (las moléculas se mueven más rápido y tienden a separarse más entre sí), mientras que las temperaturas más bajas resultan en densidades más altas (las moléculas se mueven más lentamente y tienden a “agruparse”).

Una llama es una circunstancia en la que una reacción química (oxígeno en el aire combinado con el material que se está quemando) genera calor, y al hacerlo crea luz (la llama) y aumenta la temperatura del aire cercano. El aire calentado es menos denso que el aire frío circundante, por lo que el aire frío “exprime” el aire caliente, que se mueve hacia arriba . A medida que el aire caliente se mueve hacia arriba, también lo hace parte del material aún en llamas , lo que resulta en una llama que parpadea hacia arriba, lejos de la gravedad. El aire caliente que sale de la llama se reemplaza por el aire más frío que ingresa, lo que proporciona oxígeno fresco para la continuación de la combustión . Así es como una llama sigue ardiendo durante mucho tiempo, y si su llama proviene de una vela, el aire frío trae consigo cera vaporizada que proporciona una corriente continua de oxígeno y material en llamas a la llama.

Si apaga la vela, queda algo de calor residual por un corto tiempo, por lo que la cera vaporizada continúa subiendo a través de la mecha y produce el espeso “humo” que se obtiene después de apagar una vela ( que también es el motivo por el que se perfuma las velas huelen más fuerte inmediatamente después de apagarlas , porque obtienes cera pura y sin quemar). Si eres rápido, puedes volver a encender fácilmente la vela sin mucho esfuerzo mientras este “humo” todavía fluye; de ​​lo contrario, volver a encender la vela requiere aplicar una llama a la mecha carbonizada hasta que se evapore suficiente cera para que la llama pueda mantenerse.

A pesar de que “la gravedad derriba cada objeto”, un corcho se elevará hasta la parte superior del agua, ¿verdad? Flotabilidad debido a la densidad relativa, y todo eso?

El humo y la llama se ven afectados por el mismo principio. Excepto que no es un corcho, es aire caliente (caliente por el fuego, por cierto), y no sube en el agua, sino en el aire relativamente frío a su alrededor. Probablemente ya lo sabías: ¡sube el aire caliente!
¡Porque es menos denso que el aire más frío!

El humo es el residuo en partículas que deja la reacción de combustión. Las partículas son lo suficientemente pequeñas como para tardar mucho tiempo en hundirse en el aire … aunque finalmente se hunden, y solo después de que el aire que las rodea deja de elevarse. Eso es hollín, y solo lo detecta cuando cae y se acumula en una cantidad lo suficientemente alta (cerca de incendios forestales y erupciones volcánicas, etc.).

En cuanto a la llama, es un gas caliente en sí mismo (que sufre una reacción química que emite luz y calor), por lo que se elevará en el aire. Y cualquiera que haya apagado una vela puede decirle que la llama se mueve con corrientes de aire; la corriente de aire caliente circundante también lo empuja hacia arriba.

Sorprendentemente simple, ¿verdad? ¡Se trata de la subida de aire caliente! Entonces…. la siguiente pregunta en su mente es probablemente: “¿Qué pasa si no hay gravedad ? ¿Cómo arde el fuego si el aire caliente no se eleva, por lo que no hay nada que lleve la llama y el humo hacia arriba?

Fantástica pregunta! Dejaré que YouTube me responda. Échale un vistazo, flaaaaames en spaaaaaaace:

La llama que ves es en realidad solo la salida visual de la reacción de combustión. Entonces, mientras que el combustible asociado con la llama, y ​​mientras los otros subproductos de la combustión (hollín, gases, etc.) se ven directamente afectados por la gravedad, la llama, o la luz emitida por la reacción, no se ve directamente afectada.

Sin embargo, está indirectamente afectado por la gravedad. Por ejemplo, una vela en un entorno de microgravedad tiene una llama esférica, en lugar de la forma de lágrima a la que estamos acostumbrados. Este es el resultado de las fuerzas gravitacionales y flotantes que dan forma a los gases que suministran el combustible para la combustión.

(Nota al margen: si observa de cerca una vela, hay una brecha entre la mecha y la llama, esto se debe a que la cera de la vela debe convertirse en vapor antes de arder; a medida que el vapor se aleja de la mecha, se mezcla más oxígeno hasta que alcance la mezcla correcta para que se produzca la combustión, y ahí es donde verá el frente de la llama).

Excelente pregunta, la respuesta es que el fuego es impulsado por la presión, y la presión es impulsada por la gravedad. Ver, la llama se compone principalmente de gases sobrecalentados. Cuando calientas gases, se expanden y se vuelven menos densos (ya que las moléculas se están separando más).

Ahora, todo en el mundo está siendo empujado hacia arriba por la flotabilidad y el gradiente de la presión del aire. La presión del aire es causada por el peso de la atmósfera que es arrastrado por la gravedad. Cuanto más alto subas, hay menos aire sobre ti, lo que significa menos presión de aire. Hay un poco más de presión de aire en tus pies que en tu cabeza, lo que te empuja hacia arriba, pero tu peso es suficiente para mantenerte presionado. Si algo es tan ligero que la fuerza ascendente de la presión del aire excede su peso, flotará (como un globo de helio). Esto también es cierto para los gases en una llama. El calor los extiende tanto que se vuelven menos densos que el aire, lo que significa que son lo suficientemente livianos como para ser empujados por la presión del aire circundante. Pero como las llamas son gases, se mezclan con el aire cuando se precipita para empujarlos hacia arriba, y el oxígeno en ese aire es suficiente para mantener el fuego encendido.

¿Por qué un globo sube incluso en la acción del campo gravitacional?
Para responder cualquier pregunta en ciencia es muy importante que elija una teoría y una ley adecuadas para explicar cualquier fenómeno.
Por lo tanto, usar la gravedad para explicar el globo ascendente no hace menos que meternos en problemas …
Lo mismo ocurre en tu caso.
Ahora usemos otro principio de la física. Cuando se mantienen dos fluidos inmiscibles en un recipiente, el fluido con menor densidad se eleva al lado superior debido a algo descubierto por Arquímedes (lo sabes, ¿no?).
Por lo tanto, un globo (que contiene gases con menor densidad) se eleva en el cielo y la gravedad no puede hacer nada más que mirar.
Ahora, como pediste una llama, primero tendremos que entender qué es una llama.
La llama es una mezcla de gases que arde y se eleva en el cielo debido a la baja densidad que la presión atmosférica. Como los gases van directamente hacia el cielo, la llama se proyecta hacia arriba.
¿Alguna vez has visto una máquina de soldadura de gas?
En ese momento, los gases comprimidos se liberan de la boquilla y se queman para crear una llama que se dirige según la boquilla.

Suben porque la gravedad tira de todo .

Quizás hayas escuchado que cuando algo se calienta, se expande. Puede probar esto para gases fácilmente. Toma un globo, llénalo un poco y luego átalo. Una vez hecho esto, caliéntalo con un secador de pelo y verás que se expande.

Las llamas son gases calentados hasta la incandescencia. Como se calientan mucho, también se expanden y se vuelven menos densos que los otros gases a su alrededor. Esos gases son lo suficientemente pesados ​​como para empujar a los gases más ligeros fuera del camino, al igual que arrojar rocas en una taza de agua elevará el nivel del agua. Solo los gases más ligeros están rodeados en todas partes por los más pesados, por lo que suben hasta alcanzar el nivel de otros gases de la misma densidad o se enfrían lo suficiente como para volverse más densos nuevamente.

El humo se transporta en la corriente ascendente de aire creada de esta manera.

Imagine una bola (cuya densidad es mucho menor que la del agua) retenida dentro del agua.
¿Qué pasaría?
Intentará pasar de la parte inferior de la masa a la parte superior.

Igual es el caso con la llama.
Tratará de llegar a la cima debido a la flotabilidad debido al aire más denso a su alrededor.

La gravedad definitivamente juega un papel, ya que esta presión no se puede definir sin “aceleración debido a la gravedad ‘g'”. ..

Puede encontrar una explicación más radical de esta pregunta.
Pero este es el caso de las llamas, que yo sepa.

Para su segunda pregunta, la respuesta es Sí, la gravedad actúa sobre las llamas de acuerdo con las leyes de la gravitación.

Ahora, para la primera pregunta, veamos la famosa pero no tan famosa ecuación

[matemáticas] F = \ frac {GM_1M_2} {r ^ 2} [/ matemáticas]

Como la fuerza depende de la masa del objeto que podemos ver en nuestro caso, un objeto es la tierra y otro es, obviamente, las llamas, pero la masa de las llamas es la masa de gas que tiene una densidad muy menor, por lo que la masa es muy menor y, por lo tanto, La fuerza es muy pequeña.

Entonces, a pesar de que la Fuerza actúa entre la llama y la tierra, no es del todo notable, pero también debemos notar que el gas es un fluido (cualquier cosa que pueda fluir es un fluido). Y también la densidad de los gases disminuye con el aumento de la temperatura. Entonces, la variación de densidad provoca una fuerza de flotación que actúa sobre las llamas y las empuja hacia arriba. Entonces las llamas se elevan en el aire en presencia de la gravedad que también actúa sobre ellas.

Espero que esto ayude:)

Cuando una vela arde, el aire cercano se calienta. La densidad del aire caliente es menor que la del aire circundante y, por lo tanto, este aire caliente se eleva como un corcho dentro del agua debido a la flotabilidad. Ahora el aire más frío y el oxígeno se precipitan hacia el fondo para reemplazar el aire caliente en movimiento. cuando este aire más frío se calienta, también se calienta y se reemplaza por aire más frío en el fondo de la llama.

Esto crea un ciclo continuo de aire caliente en movimiento ascendente alrededor de la llama. Este aire empuja la llama también hacia arriba. Esto le da a la llama su forma alargada o en forma de lágrima. Por lo tanto, debido a la gravedad de la tierra, la llama se mueve hacia arriba. En el espacio exterior donde no hay gravedad, el aire caliente no se moverá y el aire llegará a la llama desde todas las direcciones y, por lo tanto, la llama de la vela tendrá forma esférica en lugar de su forma alargada en el espacio exterior donde no hay gravedad. Sin gravedad no hay dirección ascendente para que el aire caliente se eleve.

La gravedad es la más débil de todas las fuerzas de la naturaleza. Las fuerzas más poderosas son las intermoleculares e intramoleculares.
La quema de llamas actúa directamente sobre estas fuertes fuerzas moleculares y una buena cantidad de fuerza evoluciona como calor. El calor enrarece las moléculas circundantes, haciendo que los gases sean más ligeros, a su vez haciendo que la llama se precipite a la baja presión que se forma por encima de la fuente de calor. La gravedad cae muy débil para encender la llama. De hecho, la gravedad hace que la llama permanezca en posición vertical. Si la llama arde en el espacio, tomaría la forma de una bola de fuego en lugar de la forma de la llama que vemos aquí en la tierra.

Primero uno debe entender qué es la llama?

La llama no es más que la excitación de las moléculas de hidrógeno, más átomos de hidrógeno excita más brillante la llama.

Se trata principalmente del proceso de extracción de hidrógeno de la vela, que es un compuesto orgánico, hidrocarburo.

Como el hidrógeno es una molécula más liviana que todo, mientras se excita y libera de la vela, naturalmente debería ir hacia arriba.

Es por eso que la llama va hacia arriba.

Los físicos en la sala dieron excelentes respuestas. Pero respuestas diseñadas para explicar a los oyentes educados. Pero este tipo de preguntas a menudo las hace un niño. Entonces, una analogía fácil y rápida adecuada para un niño sería algo como esto.

¿Cómo arden las llamas hacia arriba mientras la gravedad las empuja hacia abajo?

Es como un tambaleo tambaleante. ¡Sube y baja y finge que el suelo está en llamas! ¡Patearás duro para levantarte! El fuego hace que un lado que solía ser el lado pesado, más ligero. Entonces ese lado sube, a pesar de que ambos lados son arrastrados por la gravedad.

El fuego o la llama como vemos o incluso si no lo hacemos es gas caliente y parece tener un flujo ascendente solo debido a la gravedad. El gas caliente del fuego es más liviano que el aire que lo rodea y, por lo tanto, sube. El aire a su alrededor, que está a una temperatura más baja, se mantiene presionado por la gravedad y el gas caliente que sube a la parte superior. Al igual que un globo de aire sostenido en el fondo del tanque de agua, se elevará cuando se suelte. La gravedad retiene el aire más frío alrededor de la llama con más fuerza que los gases calientes en la propia llama … En ausencia de gravedad, la llama tendría una forma esférica, suponiendo que no haya un flujo de aire turbulento cerca. Los gases calientes se escaparán en todas las direcciones. Si de alguna manera se produce un incendio en el vacío, la llama debería apagarse inicialmente antes de que los gases generados se enfríen y se depositen en el fondo. Entonces, para responder a la pregunta, el fuego obedece a la gravedad, pero no en presencia de otros gases más fríos.

La llama de una vela siempre sube hacia arriba, independientemente de la posición de la vela. El objeto con una densidad más ligera siempre trata de escapar del medio de mayor densidad (como una burbuja de agua). Debido a que la densidad de la llama es más ligera que la densidad del aire atmosférico que la rodea, trata de escapar del medio. La dimensión de la llama disminuye con el movimiento hacia arriba debido al aumento de la velocidad.

Yo diría que revisé al menos una docena de artículos relacionados con esto antes de encontrar lo siguiente. Apuesto a que esta fue la mejor explicación que he encontrado.

Si encendiera una llama en una atmósfera de oxígeno en el espacio, ¿en qué dirección ardería la llama?

🙂 De nada. 🙂

Editar:

Información adicional–>

Debido a que el fuego se comporta considerablemente diferente en gravedad cero que en la gravedad de la Tierra, estudiar bolas de fuego es muy importante para diseñar medidas y sistemas de seguridad. Por ejemplo, si una vela está ardiendo en la Tierra, podría pensar en pisarla para apagar la llama. Si hicieras eso en una nave espacial, podrías acelerar la combustión, al menos temporalmente, porque estás creando un flujo de aire que antes no existía. Las llamas en baja gravedad tienden a extenderse lentamente, por lo que pisotear puede hacer que una llama salte a otra cosa cuando no lo hubiera hecho de otra manera. Además, las bolas de llamas son sigilosas: no emiten humo y tienen poca o ninguna luz visible. Es difícil extinguir algo que no puedes encontrar

La razón por la cual la llama está hacia arriba no es “a pesar de la gravedad” sino por eso. Debido al calentamiento de la vela, el aire que rodea la llama se calienta y, por lo tanto, es menos denso, esto aumenta a medida que el aire más pesado desciende por los lados empujando el aire caliente hacia arriba, este aire caliente también hace que la mayoría de las moléculas reaccionen para causar la llama para ir más hacia arriba, por lo tanto, dando a la llama su forma distintiva.

La misma razón por la que un globo lleno de aire caliente se eleva a través del aire (lo mismo que un globo de helio), o que una persona que se sumerge en el océano se eleva a través del agua si deja de nadar. A pesar de que la gravedad está tirando del globo (o persona), está tirando más fuerte del aire (o del agua), que es más denso, como otros han dicho aquí en diferentes palabras. El objeto o sustancia más liviano intentará empujar a través del más pesado sobre él, y si uno de ellos es un gas o líquido, tendrá éxito.