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Remplissez les blancs. Les particules qui se déplacent aléatoirement subiront moins de collisions avec d’autres particules là où il y a ＿ d’autres particules, et donc quand elles se déplacent dans ce sens, elles sont moins susceptibles d’être accélérées dans ＿ par les collisions. (A) moins, ce sens. (B) plus, le sens opposé. (C) moins, le sens opposé. Ou (D) plus, ce sens.
Dans cette question, nous essayons de relier deux concepts concernant le mouvement brownien, ou le mouvement apparemment aléatoire de particules fluides. Pour remplir le premier blanc, nous devons reconnaître les conditions qui permettent de réduire le nombre de collisions de particules dans un espace donné. Ensuite, une fois que nous aurons fait cela, il sera plus facile de remplir le deuxième blanc. Commençons donc par penser à ce premier blanc.
Ici, il est dit : Les particules qui se déplacent aléatoirement subiront moins de collisions avec d’autres particules là où il y a plus ou moins d’autres particules. Supposons que nous ayons deux chambres séparées contenant des particules de gaz. La chambre de gauche ne contient que quelques particules et l’autre chambre, celle de droite, contient de nombreuses particules. Pour simplifier les choses, pensons spécifiquement au mouvement d’une seule particule par chambre. Et pour nous aider à garder une trace, nous pouvons colorier cette particule magenta, mais rappelez-vous que toutes les particules sont en réalité identiques.
Maintenant, les particules se déplacent essentiellement de manière aléatoire, avec un mouvement brownien. En comparant les deux particules magenta, il est raisonnable de supposer que celle de la chambre de gauche connaîtra moins de collisions avec d’autres particules, car il y a moins de particules sur sa trajectoire de collision. La particule magenta dans la chambre de droite, cependant, ne sera probablement pas capable de se déplacer très loin dans n’importe quel sens sans entrer rapidement en collision avec une autre particule. Il y a plus de particules ici, donc plus d’opportunités de collisions.
Maintenant, réfléchissons au premier blanc de la question. Si nous voulons avoir moins de collisions de particules, nous voulons moins de particules dans un espace donné. Chaque particule a ainsi plus de place pour se déplacer librement, ce qui signifie que les collisions se produisent moins souvent. Nous savons donc qu’il faut que le premier blanc soit rempli par le mot « moins » pour que l’affirmation soit correcte. Éliminons les options (B) et (D).
Maintenant, nous devons déterminer quelle option s’insère dans le deuxième blanc pour que l’énoncé entier soit correct. Il est dit : les particules qui se déplacent aléatoirement subiront moins de collisions avec d’autres particules là où il y a moins d’autres particules, et donc quand elles se déplacent dans ce sens, elles sont moins susceptibles d’être accélérées dans ce sens ou dans le sens opposé par les collisions.
Nous savons que les collisions provoquent une accélération des particules dans des sens différents. Nous pouvons voir cela se produire dans le processus de diffusion, pendant lequel les particules se répartissent uniformément dans un volume. Pour visualiser cela, supposons maintenant que nous avons une chambre et que des particules de gaz y sont introduites par le côté gauche.
Au début, les particules sont toutes concentrées à une extrémité du récipient, et l’autre extrémité est pour la plupart vide. Et avec le temps, nous savons qu’il y aura beaucoup de collisions ici où il y a beaucoup de particules. Pour cette raison, les particules auront tendance à se déplacer vers l’extrémité droite du récipient, où il y a moins de particules et donc où il y aura moins de collisions. Finalement, les particules seront réparties uniformément.
En revenant à la question, nous savons que les particules vont se diffuser et se déplacer là où il y a moins de collisions. Quand ils se déplacent de cette façon, ils deviennent moins susceptibles de se heurter et donc moins susceptibles d’accélérer dans le sens opposé, vers où il y a plus de particules.
On peut faire le raisonnement suivant. Si nous introduisons des particules dans une chambre à partir de l’extrémité gauche et suivons la trajectoire d’une particule de couleur magenta, nous nous attendons à la voir aller vers la droite, vers où il y a moins de particules. On ne s’attendrait pas à voir la particule magenta accélérer vers la gauche, vers là où il y a plus de particules. Ainsi, lors de la diffusion, la particule est moins susceptible d’accélérer dans le sens opposé en raison de collisions.
Donc, nous choisissons de remplir le deuxième blanc avec le sens opposé, plutôt que dans le même sens. Ainsi, nous savons que la réponse (C) doit être correcte. Nous avons maintenant rempli les deux blancs. Ainsi, l’affirmation correcte dit : « les particules qui se déplacent aléatoirement subiront moins de collisions avec d’autres particules là où il y a moins d’autres particules, et donc quand elles se déplacent dans ce sens, elles sont moins susceptibles d’être accélérées dans le sens opposé par les collisions. »
