Un camino libre medio es la longitud promedio que una partícula puede viajar en un ambiente antes de chocar, ser absorbida o reaccionar con otra partícula. El término se utiliza con frecuencia para discutir el comportamiento de los gases, pero también se ha aplicado en los campos del sonido y la luz. Se podría calcular el recorrido libre medio de un jugador en un partido de fútbol. En términos relativos, una molécula de oxígeno viaja mucho más lejos en el aire antes de chocar que el jugador de fútbol.
Los gases son un estado o condición de la materia en la que las moléculas se atraen tan libremente entre sí que fluyen libremente y ocuparán todo el volumen de un recipiente. El volumen de un gas es el volumen del recipiente. Los gases se comprimen, expanden y mezclan fácilmente. Los gases a menudo son invisibles debido a su baja concentración de materia por unidad de volumen o, dicho de otra manera, al largo camino libre medio de sus moléculas.
En química, los cálculos de la trayectoria libre media son útiles para estudiar el comportamiento de la reacción de los gases. El valor de la ruta es, necesariamente, el resultado de modelos, ya que no hay forma de medir o rastrear ninguna molécula. Los científicos observan parámetros observables como volumen, temperatura y presión, así como el tamaño de las moléculas en el gas y la concentración de gas para modelar el comportamiento de las moléculas de gas y derivar valores calculados.
Las moléculas de aire, en condiciones estándar de 1 atmósfera (14.7 libras por pulgada cuadrada), 0 grados; C (32 ° F), y un diámetro molecular establecido de 0.3 nanómetros, nm, (1.2 x 10-8 pulgadas), tienen un camino libre medio calculado de 93 nm (3.6 x 10-6 pulgadas). La separación molecular media se calcula a 3.3 nm (1.3 x 10-7 pulgadas). Si los jugadores de fútbol fueran tan ágiles como los átomos, su recorrido libre medio sería de unos 800 pies (244 metros), según un campo de fútbol americano. Por supuesto, los jugadores de fútbol no están distribuidos uniformemente por el campo como lo están las moléculas de gas dentro de un recinto.
En los estudios de sonido, la trayectoria libre media se refiere a la distancia media que recorre un rayo de sonido antes de reflejarse en un obstáculo. Este cálculo es importante en acústica y depende del volumen de una habitación y de la superficie total de las paredes, el techo y el suelo de la habitación. Los estudios acústicos, aunque complicados, son cuantificables, ya que la velocidad de las ondas sonoras se puede medir con precisión en una variedad de condiciones.
Los estudios de dispersión de luz a través de gases o líquidos utilizan cálculos de trayectoria libre media de dispersión. Estos se definen como la distancia promedio recorrida por un fotón antes de que ocurra un evento de dispersión debido a la colisión o absorción del fotón. Los cálculos se pueden utilizar para determinar aspectos como la turbidez del agua y las concentraciones de varias soluciones. Los bebedores de té están observando el camino medio libre de dispersión para determinar si su té se ha preparado lo suficiente.