Comportamento dei gas ed espansione dell'univeso

[Morimondo]

Mi scuso inanticipo per la banalità di questo post.
Un Gas tende a occupare tutto il volume del recipiente e ne prende quindi anche la forma, contro la gravità.

1) Poniamo avere un recipiente sferico, R1 d'ora in poi, e di poterci mettere dentro un gas a partire dal centro.
presumo che questo gas in un certo tempo T0 occuperà tutto il volume del recipiente.
2) ora in un recipiente R2 piu grande diciamo di raggio doppio mettiamo la stessa quantità di gas
3) in un terzo recipiente molto piu grande diciamo di raggio 10 volte R! mettiamo ancora la stessa quantità di gas.

il tempo che impiega il gas ad occupare interamente i recipienti R2 ed R3 è 2 volte t0 e 10 volte t0?

Estrapolando questo discorso al comportamento dei gas nell'universo qui i gas non si disperdono a meno che non siano il prodotto di novae e supernovae la gravità tende a creare dischi di accrescimento vari, quindi nello spazio la gravita è piu forte della forza che tende a disperdere un gas, E' questa forse la ragione per cui si parla di materia oscura?

Dopo 7 miliardi di anni, dal big bang, l'universo ha accelerato la sua espansione.
Non potrebbe essere dovuto al fatto che raggiunto un certo volume la gravità non è piu sufficiente a trattenerlo e il grande vuoto, intendo il non spazio quello privo di materia, quasi come per osmosi tende a dilatare più velocemente l'universo ora che la gravità si è ridotta?

Spero di essere stato non troppo oscuro

[DarknessLight]

Belle domande!
Provo a darti una mano.


il tempo che impiega il gas ad occupare interamente i recipienti R2 ed R3 è 2 volte t0 e 10 volte t0?

Considerando il gas ideale e la temperatura costante direi proprio di sì, ma ricorda che si tratta di un approssimazione.


Estrapolando questo discorso al comportamento dei gas nell'universo qui i gas non si disperdono a meno che non siano il prodotto di novae e supernovae la gravità tende a creare dischi di accrescimento vari, quindi nello spazio la gravita è piu forte della forza che tende a disperdere un gas, E' questa forse la ragione per cui si parla di materia oscura?

Le forze che tendono a disperdere i gas sono la forza di repulsione elettromagnetica e l energia cinetica delle particelle.
Per masse gassose modeste la gravità è del tutto trascurabile, mentre NON sono trascurabili ne la repulsione elettromagnetica ne l energia cinetica delle particelle del gas. Perciò il gas si espande.
Invece, nel caso di nubi molecolari enormi, estese centinaia di migliaia di chilometri, la gravità inizia ad avere un influenza notevole sui processi fisici che si innescano (collasso gravitazionale, dischi di accrescimento, ecc...).
Quindi in questo secondo caso (cioè per masse abbondanti) la gravità vince le repulsioni elettromagnetiche e l energia cinetica semplicemente perchè le nubi molecolari nello spazio sono nubi enormi, che possiedono grande massa, quindi generano molta gravità.
La materia oscura non ha quindi nulla a che fare con questo discorso, anche se è vero che senza materia oscura non esisterebbero le galassie e la materia non si sarebbe mai aggregata sotto effetto della gravità.

La materia oscura è semplicemente un quantitativo di materia aggiuntivo a quella barionica (cioè gli atomi classici) che serve a giustificare la geometria piatta del nostro universo.
Esistono comunque prove indirette della materia oscura (come le lenti gravitazionali e la velocità di rotazione dei dischi galattici).


Dopo 7 miliardi di anni, dal big bang, l'universo ha accelerato la sua espansione.
Non potrebbe essere dovuto al fatto che raggiunto un certo volume la gravità non è piu sufficiente a trattenerlo e il grande vuoto, intendo il non spazio quello privo di materia, quasi come per osmosi tende a dilatare più velocemente l'universo ora che la gravità si è ridotta?

No.
Con l espandersi dell universo è vero che la gravità diventa sempre più trascurabile, ma ciò non basta a spiegare l accelerazione.
Dunque, una delle ipotesi a cui si sta lavorando è quella dell energia oscura (o energia del vuoto) la quale è un energia che permea tutto l universo accelerando la sua espansione.
Ricorda: la gravità diminuisce con l espandersi dell universo, mentre l energia oscura si mantiene COSTANTE nel tempo, dunque non è difficile immaginare che nel giro di poco tempo sarà l energia oscura a dominare.

Però i calcoli ancora non tornano e danno valori assurdi (discrepanze di 120 ordini di grandezza tra ciò che si calcola e ciò che si osserva!).

[DarknessLight]

Comunque Morimondo... Perché non aprire queste discussioni in - Cosmologia - anziché al bar?

[etruscastro]

infatti, sposto la discussione anche per avere più visibilità da parte di chi vorrà rispondere ma anche per chi, ha i tuoi stessi dubbi!

[Morimondo]

Considerando il gas ideale e la temperatura costante direi proprio di sì, ma ricorda che si tratta di un approssimazione.

Mi sarebbe piaciuto di più che più è grande il recipiente maggiore è il movimento delle molecole del gas:hm:



Ricorda: la gravità diminuisce con l espandersi dell universo, mentre l energia oscura si mantiene COSTANTE nel tempo, dunque non è difficile immaginare che nel giro di poco tempo sarà l energia oscura a dominare.


lo farò ma tu ogni tanto ripetimelo ;)

[DarknessLight]

Mi sarebbe piaciuto di più che più è grande il recipiente maggiore è il movimento delle molecole del gas :hm:

Nel caso di gas ideale, se il contenitore si espande, è vero che le particelle hanno più spazio in cui muoversi, ma la loro velocità resta invariata.
Per un gas reale invece la questione è più complessa: la velocità delle particelle dipende essenzialmente dalle attrazioni/repulsioni tra particelle e dalla loro energia cinetica, le quali dipendono a loro volta anche dalla pressione e dalla temperatura, che possono variare all aumentare del volume.
Ma all incirca l approssimazione che ho fatto resta valida in generale.

Comunque se parliamo di piccole masse di gas, l analogia con l universo non è molto valida, poiché nello spazio è presente anche la gravità, mentre per un gas in un contenitore la gravità è praticamente trascurabile;)

[Red Hanuman]

Mi scuso inanticipo per la banalità di questo post.
Un Gas tende a occupare tutto il volume del recipiente e ne prende quindi anche la forma, contro la gravità.

1) Poniamo avere un recipiente sferico, R1 d'ora in poi, e di poterci mettere dentro un gas a partire dal centro.
presumo che questo gas in un certo tempo T0 occuperà tutto il volume del recipiente.
2) ora in un recipiente R2 piu grande diciamo di raggio doppio mettiamo la stessa quantità di gas
3) in un terzo recipiente molto piu grande diciamo di raggio 10 volte R! mettiamo ancora la stessa quantità di gas.

il tempo che impiega il gas ad occupare interamente i recipienti R2 ed R3 è 2 volte t0 e 10 volte t0?


Non è affatto detto. Intanto, molto dipende dalla massa del gas in rapporto al volume occupato. Se parliamo di gas interstellari e di volumi "astronomici" (è il caso di dirlo), allora la gravità può giocare un ruolo importante, insieme alle forze elettromagnetiche.
Poi, molto dipende dalla temperatura iniziale. La temperatura è energia cinetica, e quindi più è elevata e maggiore è il movimento delle molecole. Bisogna poi tenere presente che un gas in espansione è destinato inevitabilmente a raffreddarsi, e quindi a ridurre la sua temperatura / energia cinetica.
Quindi, direi che occhio e croce la velocità di espansione è come minimo determinata da una funzione esponenziale inversa di qualche tipo.
Se così è, immagino che in certi casi l'espansione rallenti fino a fermarsi, ed a raggiungere uno stato di equilibrio determinato dal teorema del viriale (https://it.wikipedia.org/wiki/Teorema_del_viriale).
Andando oltre, in determinate condizioni potrebbe prevalere la gravità, e questo comporterebbe una contrazione.
Esattamente quello che accade nella formazione stellare...


Estrapolando questo discorso al comportamento dei gas nell'universo qui i gas non si disperdono a meno che non siano il prodotto di novae e supernovae la gravità tende a creare dischi di accrescimento vari, quindi nello spazio la gravita è piu forte della forza che tende a disperdere un gas, E' questa forse la ragione per cui si parla di materia oscura?

No. La materia oscura è necessaria per spiegare i movimenti all'interno di una galassia e tra le varie galassie, che non tornano se non si considera l'esistenza di una fonte di gravità alternativa alla materia visibile / barionica.... La quantità complessiva di materia barionica presente nell'universo può essere dedotta dalla nucleosintesi nel Big Bang e dalla radiazione cosmica di fondo; e per ora non basta assolutamente a spiegare le osservazioni. A meno che non si considerino teorie alternative alla gravità ordinaria.... ;)


Dopo 7 miliardi di anni, dal big bang, l'universo ha accelerato la sua espansione.
Non potrebbe essere dovuto al fatto che raggiunto un certo volume la gravità non è piu sufficiente a trattenerlo e il grande vuoto, intendo il non spazio quello privo di materia, quasi come per osmosi tende a dilatare più velocemente l'universo ora che la gravità si è ridotta?

Spero di essere stato non troppo oscuro

Per un certo periodo l'espansione sembra che sia effettivamente rallentata, per effetto della gravità (o della curvatura dello spazio - tempo indotta dalla materia). Poi però sembra che, superata una certa soglia di densità, l'accelerazione sia ripresa e continuamente aumentata, e questo potrebbe indicare l'effetto di una energia espansiva (l'energia oscura), che continuamente aumenta nel nostro universo... ;)

[DarknessLight]

Red Hanuman
Però la velocità di espansione del gas varia quando incominciamo a parlare di masse di gas astronomici.
Morimondo parlava di contenitori, quindi masse di gas modeste. Considerando il gas come ideale e la T come costante, non varia molto la velocità di espansione. Poi, certo, si tratta di approssimazioni.
Cosa ne dici?

[DarknessLight]

Anzi, niente. È vero come dici.
Il gas si espande fino a raffreddarsi e a rallentare la sua espansione!

[Red Hanuman]

@Red Hanuman (http://www.astronomia.com/forum/member.php?u=9)
Però la velocità di espansione del gas varia quando incominciamo a parlare di masse di gas astronomici.
Morimondo parlava di contenitori, quindi masse di gas modeste. Considerando il gas come ideale e la T come costante, non varia molto la velocità di espansione. Poi, certo, si tratta di approssimazioni.
Cosa ne dici?
Per volumi piccoli e a temperatura ambiente, ovviamente, cambia poco. Il gas non raffredda di molto e le masse sono molto piccole, quindi tutto dipende quasi esclusivamente dal volume da occupare (se vogliamo ottenere una dispersione omogenea del gas in quel volume).
Se parliamo di spazio, è un'altro discorso... ;)

[DarknessLight]

Comunque, un ultimo piccolo appunto per chiarire una cosa importante.

L espansione di un gas non è perfettamente paragonabile all espansione dell universo.
Questo perchè l espansione di un gas è l espansione delle particelle all interno di un volume. Quindi sono le particelle che si muovono ed occupano un volume che prima era vuoto.

Diverso è per l espansione dell universo, in cui non è propriamente la materia ad espandersi riempiendo i vuoti... o meglio, accade anche questo, ma la vera espansione la subisce lo spazio, ovvero si crea nuovo spazio dal nulla, in ogni punto dell universo.

La cosa è quindi radicalmente diversa!
Primo caso (gas): particelle occupano un volume altrimenti vuoto (vuoto = spazio privo di materia, ma non di energia).
Secondo caso (universo): si crea nuovo spazio dal nulla, ma l universo NON si espande dentro qualcosa di già esistente come avviene per il gas che si espande in un contenitore. L universo si espande e basta! Si dice che si espande dentro se stesso;)

[Enrico Corsaro]

Faccio notare che l'Universo è rappresentato in cosmologia dall'equazione di stato cosmologica.
L'equazione di stato cosmologica è comunque una equazione di stato, un pò più generalizzata di quella a cui siamo abituati in termodinamica. Attualmente, l'Universo è trattato come un volume dominato da polveri, e di conseguenza l'equazione di stato è quella relativa alle polveri. Si parlava di gas, o meglio dire di plasma, nelle fasi primordiali, quando le temperature erano più elevate.