Hidrodinamika
1738
Részlet
(in: William Francis Magie: A Source Book in Physics, Harvard University Press, Cambridge, Massachusetts, 1963)
2. Tekintsük a függõleges helyzetû ACBD hengeres edényt, amelyben EF dugattyú mozog, és a dugattyúra P súly nehezedik. Az ECDF üreg tartalmazzon nagyon kis részecskéket, amelyek nagyon gyorsan mozognak ide-oda. Ezek a részecskék midõn az EF dugattyúval ütköznek, és ismételt ütközéseik révén fenntartják, elasztikus fluidumot képeznek, amely magától kiterjed, ha a P súlyt eltávolítják vagy csökkentik; sûrûbbé válik, ha a súlyt növelik, és a gravitáció ugyanúgy vonzza a vízszintes CD fenéklap felé, mintha nem rendelkezne elasztikussággal: tehát akár nyugalomban vannak, akár keverednek a részecskék, nem veszítik el súlyukat, ezért a fenéklap nemcsak a fluidum súlyát, hanem elasztikusságát is megtartja. Ilyen fluidumnak tekintjük most a levegõt, melynek tulajdonságai megegyeznek az elasztikus fluidumok imént feltételezett tulajdonságaival, és ezekkel a levegõ más ismert tulajdonságait is megmagyarázzuk, s olyanokra is rámutatunk, amelyeket eddig nem vettek kellõképpen figyelembe.
3. A henger alakú üregben lévõ részecskék számát gyakorlatilag végtelennek tekintjük. Feltételezzük, hogy az ECDF teret közönséges levegõ tölti be, és minden mérésünkben ezt tekintjük összehasonlítási alapnak: tehát az a P súly, amely a dugattyút EF helyzetben tartja, nem különbözik a hengerre nehezedõ levegõ nyomásától, melyet a továbbiakban P-vel jelölünk.
Meg kell jegyeznünk, hogy ez a nyomás nem pontosan egyenlõ az EF dugattyúra nehezedõ függõleges levegõoszlop abszolút súlyával, amint sok szerzõ kellõ körültekintés hiányában feltételezi. A levegõoszlop súlya úgy aránylik a föld felszínét körülvevõ légkör súlyához, mint a dugattyú felülete a föld felszínéhez.
4. Tekintsük azt a p súlyt, amely az ECDF-ben lévõ levegõt az eCDf térre nyomja össze, és tegyük fel, hogy a részecskék sebessége a levegõ mindkét állapotában, a természetes és az összenyomott állapotban is ugyanaz. Legyen EC=1 és eC=s. Ha az EF dugattyú ef helyzetbe mozdul el, a fluidum két ok miatt is nagyobb erõfeszítést látszik kifejteni: elõször azért, mert a részecskék száma most nagyobb az õket tartalmazó térhez képest, másodszor azért, mert minden egyes részecske gyakrabban ütközik. Az elsõ ok miatti növekmény kiszámításához feltételezhetjük, hogy a részecskék nyugalomban vannak. Az EF helyzetû dugattyúval szomszédos részecskék számát tekintsük n-nek, akkor a dugattyú ef helyzetében n : vagy n : s2/3 lesz a számuk.
Meg kell jegyeznünk, hogy a fluidum sûrûsége az alsó részben nem nagyobb, mint a felsõben, mert a P súly végtelenül nagyobb a fluidum súlyánál: ezért világos, hogy a fluidum ereje n és n:s2/3, azaz s2/3 és 1 arányával adható meg. A második ok miatti növekményt a részecskék mozgása idézi elõ, és úgy tûnik, hogy ütközéseik olyan mértékben gyakoribbak, amilyen mértékben a részecskék közelebb kerülnek egymáshoz: tehát az ütközések száma fordítottan arányos a részecskék felülete közötti átlagos távolsággal. A következõkben ezeket az átlagos távolságokat határozzuk meg.
Feltételezzük, hogy a részecskék gömbök. A gömbök középpontjai közötti átlagos távolságot D-vel jelöljük, ha a dugattyú EF helyzetben van, és d a gömb átmérõje. Ekkor a gömbök felszíne közötti átlagos távolság D–d. Nyilvánvaló azonban, hogy ha a dugattyú az ef helyzetben van, a gömbök középpontjai közötti átagos távolság és a gömbök felszíne közötti átlagos távolság. Tehát a második ok miatt az ECDF-beli természetes levegõ ereje úgy aránylik az eCDf-beli öszenyomott levegõ erejéhez, mint a -hez, vagy minta D–d-hez. Ha mindkét okot figyelembe vesszük, a jósolt erõk úgy aránylanak egymáshoz, mint a D–d-hez.
D és d arányára könnyen adhatunk értéket, hiszen ha az EF dugattyút végtelen súly nyomja le úgy, hogy a dugattyú abba az mn helyzetbe süllyed, ahol minden részecske érintkezik egymással, és ha az mC vonalat m-mel jelöljük, azt kapjuk, hogy D úgy aránylik d-hez, mint 1 a -hez. Ha ezt behelyettesítjük az elõzõ arányba, azt találjuk, hogy az ECDF-beli természetes levegõ ereje úgy aránylik az eCDf-beli összenyomott levegõ erejéhez, mint az -hez, vagy az -hez. Tehát .
5. Az összes ismert ténybõl azt a következtetést vonhatjuk le, hogy a természetes levegõ nagymértékben összesûríthetõ és gyakorlatilag végtelen kis térre nyomható össze; tehát feltehetjük, hogy m=0, és innen p =P/s, tehát a nyomást kiváltó súly fordítottan aránylik a levegõ által elfoglalt térhez különbözõ mértékû kompressziók esetén. Ezt a törvényt számos kísérlet bizonyítja. Bizton elfogadható arra a levegõre is, amely a természetes levegõnél kevésbé sûrû. Hogy jelentõsen sûrûbb levegõre is teljesül-e, nem vizsgáltam meg kellõképpen, és megfelelõ pontosságú kísérletet sem végeztek eddig erre nézvést. Igen nagy szükség van az m értékét meghatározó kísérletre, de ezt a kísérletet különleges pontossággal és igen nagy nyomású levegõvel kell elvégezni úgy, hogy a kompresszió során a levegõ hõmérséklete állandó maradjon.
6. A levegõ elasztikussága nemcsak a nyomás, hanem
a hõ hatására is nõ, s miután a hõ
a részecskék megnövekedett belsõ mozgásának
tekinthetõ, ha a változatlan térfogatú levegõ
elasztikussága növekszik, a levegõ részecskéi
élénkebb mozgásba kezdenek. Ez összhangban van
hipotézisünkkel, mert világos, hogy nagyobb P
súly szükséges a levegõ ECDF állapotban
való megtartásához, ha a részecskék
nagyobb sebességgel keverednek. Nem nehéz belátni,
hogy a P súlynak kétszer kell arányosnak lennie
a sebességgel, mert ha a sebesség nõ, nemcsak az ütközések
száma, hanem minden egyes ütközés erõssége
is egyaránt nõ, s mindkettõ arányos a P
súllyal.
Ezért ha a részecskék sebességét
v-vel
jelöljük, a dugattyút vvP súly tartja EF
helyzetben, és vagy
közelítõleg vvP/s tartja ef helyzetben,
mert amint láttuk, m nagyon kicsi az egyhez vagy az s
számhoz
képest.
7. Ezt a szabályt, amelyet az elõzõ bekezdésben
ismertettem – ahol megmutattam, hogy a tetszõleges sûrûségû,
de adott hõmérsékletû levegõ elasztikussága
arányos a sûrûséggel, s a hõmérséklet
egyenlõ változásaival elõidézett elasztikusság-növekmények
arányosak a sûrûségekkel –, ezt a szabályt,
mondom, D. Amontons fedezte fel kísérleti
úton, és a Párizsi Tudományos Akadémia
Értekezéseiben közölte 1702-ben.
Vissza | http://www.kfki.hu/chemonet/
http://www.ch.bme.hu/chemonet/ |