先に学ぶ内容運動量はなぜ保存するのか

分子の運動から圧力を導く

一辺1 μm⁠の箱の中を、気体の分子が飛び回る。分子は壁ではね返るたびに、壁を押す。

全分子の向きを変えずに速さを2⁠倍にすると、右の壁の圧力は何倍?

式から現象を説明する

  1. 1運動方程式を立てるmdvdt=⁠F……
  2. 2質量を微分の中に入れるd(mv)dt=⁠F……
  3. 3衝突中の力積を求めるΔ(mv)=⁠∫F dt……
  4. 4衝突前後の運動量の差を求める|Δ(mvx)|=⁠2mvx……
  5. 5同じ壁に当たる回数を数える回数≒⁠|vx| t/⁠2L……
  6. 61⁠回の力積に衝突回数をかける力積の合計≒⁠2m|vx|×⁠|vx| t / 2L……
  7. 72⁠を約分し、|vx| × |vx|⁠をvx²⁠にする力積の合計≒⁠m vx² t / L……
  8. 8時間で割って平均の力を求める壁が受ける平均の力=⁠m vx² / L……
  9. 9壁の面積で割って圧力にするp₁=⁠m vx² / L³……
  10. 10L³⁠を体積⁠V⁠に書きかえるp₁=⁠m vx² / V……
  11. 11N⁠個の分子による圧力を足すp=⁠Nm ⟨vx²⟩ / V……
  12. 123⁠方向の速度成分の2⁠乗の平均が等しい場合を考えるp=⁠⅓(NV)m ⟨v²⟩……
  13. ここから発展:分子の運動と温度
  14. 13状態方程式を使って温度と結び付ける½ m ⟨v²⟩=⁠(32) k T……