外部引力场对高度稀薄气体的影响：基于软球碰撞模型的分析
综合物理
2025-03-04 v3
摘要
我们研究了在接近自由分子流区域的过渡流状态下，外部引力场对高度稀薄气体的影响。在我们的理论研究中，我们重新推导了经典理想气体动力学理论，从组成粒子的动力学角度出发，以考虑外部引力场引起的粒子加速度效应。随后，我们推导了一个扩展的维里压力方程表达式，作为外部引力场下系统的通用描述。我们采用软球模型，原因如下：在高度稀薄气体中，短程、瞬时的碰撞占主导地位。通过展开非对称两体势并仅保留短程相互作用的贡献，我们可以获得一个软球模型，该模型将相互作用表示为简谐振荡。在无耗散情况下，软球模型已被证实能够完全复现弹性碰撞。在我们的模拟中，我们定义了两个参数。第一个参数表示每对接近粒子之间的碰撞概率，第二个参数表示外部势能与粒子总动能之比。我们通过改变这两个参数的值来分析系统行为。我们的分析表明，当外部势能相对于总动能足够小（1%-5%）时，壁面之间会出现压力差。然而，系统仍保持平衡统计力学的性质，如麦克斯韦-玻尔兹曼（MB）分布所示。总之，高度稀薄气体即使在弱引力场下也服从 MB 分布。
关键词
引用
@article{arxiv.2409.00454,
title = {Effects of external gravitational field on highly rarefied gases: Analysis based on stochastic soft-sphere collision models},
author = {Satori Tsuzuki},
journal= {arXiv preprint arXiv:2409.00454},
year = {2025}
}