¿Por qué las moléculas de aire no se asientan ya que la gravedad actúa sobre ellas en todo momento?

Hay dos cosas a considerar.

La primera es que las moléculas de aire tienen energías cinéticas promedio características de la temperatura del aire en el que se encuentran. Esto significa que se están moviendo, y de hecho una velocidad aproximada típica de las moléculas de aire en la atmósfera inferior es de aproximadamente 100 m / s. Es bueno que sean muy pequeños y que sus movimientos sean aleatorios. De lo contrario, ser golpeado por uno de estos o un grupo completo que se mueva juntos podría causar algún daño. Tal como están las cosas, el rebote continuo de estas moléculas produce una presión de 14.7 libras por pulgada cuadrada al nivel del mar. Esto es bastante grande. ¡La presión total sobre una superficie de un pie cuadrado sería de más de 2000 libras!

Debido a este movimiento y los impactos que las moléculas tienen entre sí y sobre las superficies que golpean, las fuerzas que ejercen entre sí son considerablemente mayores que las fuerzas que ejerce sobre ellas el campo gravitacional de la Tierra. A pesar de eso, la Tierra evita que la atmósfera se vaya gravitacionalmente.

La segunda parte es que esas colisiones entre moléculas de aire son casi siempre perfectamente elásticas. Eso significa que la energía cinética total de dos moléculas es la misma después de que han colisionado como antes. De lo contrario, la atmósfera se asentaría rápidamente debajo de la mayoría de nuestros pies en un líquido y luego una capa superficial sólida.

Porque tienen energía cinética de su calor.

Las moléculas de aire están en constante movimiento, chocando entre sí e intercambiando impulso de esta manera.

Cuando calienta el aire, el resultado es el aumento de la energía cinética promediada. En promedio, estas moléculas tendrán más energía cinética, y eso evitará que se asienten.

Ahora, supongamos que perdimos nuestro Sol (por arte de magia, por lo que no necesitamos molestarnos con los detalles aquí). Sin la fuente de energía, todas las moléculas perderán calor al espacio en forma de radiación térmica.

No solo eso, todas las moléculas que tienen una velocidad cercana o superior a 11 m / s se perderán en el espacio. Esto también disminuirá la energía cinética promediada.

Y lentamente, estas moléculas se asentarán a medida que baje la temperatura.

No voy a ser científicamente exacto porque no estoy escribiendo un artículo científico aquí, pero aquí, ¡esto es un intento de simplificar las cosas!

Hay algo como la escala de una fuerza. Por ejemplo, una hormiga estará más preocupada por ser arrestada dentro de una gota de agua debido a su tensión superficial que mojarse. Donde, como nosotros, los humanos no temen ser arrestados dentro de la superficie del agua en una bañera. Puedes tirar una hormiga desde un edificio de 100 pisos y aterrizará de manera segura porque en su pequeño mundo la fuerza viscosa del aire es mucho más dominante que la gravedad. Entonces, para nosotros y para la mayoría de las partículas de polvo, la gravedad es algo que nos empujará hacia abajo y la colisión resultante nos hará disipar toda nuestra energía, lo que nos llevará a “asentarnos”. Pero para los átomos gaseosos que realmente no chocan físicamente (por varias razones) y tienen velocidades extremadamente grandes en comparación con sus dimensiones, ¡no hay disipación en la escala a la que nos disipamos! Además, para permanecer en equilibrio térmico con su entorno sólido / líquido, ¡deben llevar una cantidad mínima de energía cinética! ¡Todo esto permite que un átomo gaseoso permanezca en movimiento y no se estabilice realmente!

Esta es una buena pregunta. Las moléculas de aire se establecen hasta cierto punto, debido a la gravedad. Es por eso que la presión del aire es mayor cerca de la superficie de la tierra que más arriba en la atmósfera. Sin embargo, la mayor presión no es suficiente para licuar el aire.

Bueno, el aire tiene una densidad. Y también tiene una presión. Dado que el aire se mueve bastante rápido y se dispersa bastante lejos por la energía de fase, la presión de las moléculas de aire evita que se agrupen en la corteza terrestre. Además, hay más aire más cerca de la Tierra, por lo que hay un espacio. Entonces, en cierto modo, esto ya sucede.

Bueno, lo están intentando. Excepto que hay un reactor nuclear masivo y sin control que dispara cantidades masivas de energía en nuestro camino, lo que hace que las moléculas vuelvan a subir a estados de mayor energía. Si el Sol desapareciera, eventualmente el aire probablemente se asentaría y se solidificaría: ¿Dónde crees que Marte obtuvo sus capas de hielo seco?

Eso podría suceder si la temperatura bajara a cero Kelvin si la energía de las moléculas también bajara a cero.