@delta.m: Ich habe aktuell nur wenig Zeit, aber mal als Ansatz: Ich schlage zur Vereinfachung vor, das
Modell auf zwei grosse statt vieler kleiner "Luftmoleküle" zu beschränken. Der Anschaulicheit halber bezeiche ich diese nachfolgend als "Tennisbälle".
Diese beiden Tennisbälle sausen im Ausgangszustand in den Zwischenräumen zwischen den Stirnseiten des inneren und des äusseren Zylinders (einer im rechten und einer im linken Zwischenraum) horizontal hin und her, so dass beide gleichzeitig auf der jeweiligen Stirnseite des inneren und des äusseren Zylinders auftreffen, und dort ideal elastisch abprallen. Die Aufprallvorgänge entsprechen dem Luftdruck, den Luftmoleküle ausüben würden. Luftmoleküle hätten natürlich auch einen vertikalen Bewegungsanteil, der aber für das vorliegende Problem nicht relevant ist, weil er sich statistisch ausgleicht. Da die Aufprallvorgänge gleichzeitig und symmetrisch stattfinden, bewegt sich in Folge weder der innere noch der äussere Zylinder.
Nun entfernt man, wie in Deiner Beschreibung, die rechte Stirnwand des inneren Zylinders. Sobald die beiden Tennisbälle nun an den Stirnseiten des inneren Zylinders angelangen, passiert folgendes: Der rechte Tennisball fliegt auf der rechten Stirnseite in den inneren Zylinder hinein, übt also zum "üblichen" Zeitpunkt keine Wirkung auf diesen aus. Der linke Tennisball prallt auf die linke Stirnseite des inneren Zylinders. Da diesmal die Gegenwirkung des rechten Tennisballs fehlt, erfolgt ein Energie- und Impulsaustausch zwischen dem linken Tennisball und dem inneren Zylinder. Am einfachsten ist es, wenn man annimmt, dass der innere Zylinder die gleiche Masse wie der Tennisball hat (es geht natürlich mit jedem beliebigen Massenverhältnis, es wird dann nur komplizierter). Bei einem ideal elastischen Stoss und gleicher Masse bedeutet das, dass der linke Tennisball (relativ zum Beobachter und auch zum äusseren Zylinder) zur Ruhe kommt, und der innere Zylinder dessen Geschwindigkeit "übernimmt" (siehe z.B. die entsprechende Animation bei
Wikipedia).
Nach kurzer Zeit prallt nun der rechte Tennisball auf die Innenseite der linken Stirnwand des inneren Zylinders. Da beide angenommenerweise die gleiche Masse haben, kehren sich in diesem Fall beide Geschwindigkeiten um. Der rechte Tennisball fliegt also nach rechts und der innere Zylinder nach links. Nach kurzer Zeit prallt der innere Zylinder auf den vorher zur Ruhe gekommen linken Tennisball, und gibt -- genau wie es vorher umgekehrt geschehen war -- seine Energie und seinen Impuls an diesen ab. Der innere Zylinder kommt also exakt an der Stelle wieder zur Ruhe, wo er sich usprünglich befand. Der linke Tennisball fliegt nach links. Exakt in diesem Augenblick passiert der rechte Tennisball die (offene) rechte Stirnseite des inneren Zylinders. Die Situation ist also etwas verspätet exakt so, wie sie im Ausgangszustand beim Abprall der beiden Tennisbälle von den Stirnseiten des inneren Zylinders gewesen wäre. Die beiden Tennisbälle fliegen nun zu den Stirnseiten des äusseren Zylinders, prallen dort gleichzeitig und symmetrisch ab, und fliegen wieder in Richtung der Stirnseiten des inneren Zylinders. Ab hier wiederholt sich der Ablauf.
Fazit: Der äussere Zylinder bewegt sich überhaupt nicht, der innere Zylinder oszilliert phasenweise. Mit Luft wäre die Oszillation natürlich zum einen kaum feststellbar, und würde zum anderen sehr schnell gedämpft.
Mafiatom schrieb:3a.) Der Luftgefüllte Behälter verbleibt bewegungslos.
