Групповое задание, страница 105 - гдз по физике 10 класс учебник часть 1 Генденштейн, Дик

Механика. Глава 2. Динамика. Параграф 13. Вес и невесомость - страница 105.

Условие.

Групповое задание

Разделитесь на несколько групп. Каждая группа готовит рассказ о полёте на Луну, другую планету Солнечной системы или к далёким звёздам. Во время этого рассказа представители других групп ищут физические ошибки в рассказе (они могут быть допущены и намеренно!).

Решение.

В рамках выполнения этого группового задания, одна из групп может представить следующий рассказ о полете на Марс. В рассказ намеренно включены физические ошибки, которые должны найти другие группы.

Пример рассказа: «Путешествие к Марсу»

Наш корабль «Арес-5» с рёвом оторвался от Земли, преодолевая звуковой барьер, и уже через несколько минут мы вышли в безвоздушное пространство. Мы слышали гул двигателей на протяжении всего пути до Марса, это успокаивало и напоминало о доме. Полёт длился всего неделю, мы летели с постоянным ускорением в $1g$, чтобы быстрее добраться до цели и чувствовать себя как на Земле. Из-за этого мы всё время ощущали привычную силу тяжести, как будто и не покидали планету.

Когда мы наконец подлетели к цели, нашему взору открылась невероятная картина. Приближаясь к Марсу, мы увидели его ярко-зелёные континенты и синие океаны. Какая красота! Наш капитан умело направил корабль в атмосферу Марса. Открыв иллюминаторы, мы почувствовали свежий, разреженный, но вполне пригодный для дыхания марсианский воздух с лёгким запахом озона после грозы.

Выйдя на поверхность, мы с удивлением обнаружили, что прыгать здесь так же легко, как на Луне. Гравитация была очень слабой, всего одна шестая от земной. Мы с радостью начали исследовать этот удивительный новый мир, похожий на земной рай.

Обнаруженные физические ошибки

Представители других групп, прослушав рассказ, могут указать на следующие ошибки:

1. Звук в вакууме

Цитата из рассказа: «Мы слышали гул двигателей на протяжении всего пути до Марса...»

Объяснение: Звук представляет собой механические волны, для распространения которых необходима среда (газ, жидкость или твёрдое тело). Космическое пространство — это вакуум, в котором практически нет вещества, поэтому звук в нём распространяться не может. Экипаж мог бы слышать шум двигателей только за счёт вибраций, передающихся по корпусу корабля, но не снаружи.

Ответ: Звук не распространяется в вакууме.

2. Постоянное ускорение

Цитата из рассказа: «Полёт длился всего неделю, мы летели с постоянным ускорением в $1g$...»

Объяснение: Полет с постоянным ускорением $a = 1g \approx 9.8 \text{ м/с}^2$ в течение недели потребовал бы колоссального, фантастического количества топлива, которое невозможно взять на борт с современными технологиями (согласно формуле Циолковского). Реальные межпланетные полёты большую часть пути проходят по инерции в состоянии невесомости, двигатели включаются лишь для разгона, торможения и коррекции курса. Ощущение тяжести было бы только в моменты работы двигателей.

Ответ: Длительный полёт с постоянным ускорением $1g$ технологически невозможен из-за огромного расхода топлива; большую часть пути корабль движется по инерции в невесомости.

3. Внешний вид Марса

Цитата из рассказа: «...увидели его ярко-зелёные континенты и синие океаны.»

Объяснение: Марс известен как «Красная планета» из-за большого содержания оксида железа (ржавчины) в его грунте. На Марсе нет жидких океанов и растительности, поэтому его поверхность имеет красно-оранжевый оттенок, а не сине-зелёный. На полюсах есть ледяные шапки, но они состоят в основном из водяного льда и замороженного углекислого газа.

Ответ: Марс — это красная пустынная планета без жидких океанов и растительности.

4. Атмосфера Марса

Цитата из рассказа: «Открыв иллюминаторы, мы почувствовали свежий, разреженный, но вполне пригодный для дыхания марсианский воздух...»

Объяснение: Атмосфера Марса чрезвычайно разрежена (давление у поверхности составляет менее 1% от земного) и на 95% состоит из углекислого газа ($CO_2$), который непригоден для дыхания и ядовит для человека в таких концентрациях. Кроме того, температура на Марсе в среднем очень низкая (около $-63^\circ\text{C}$). Открытие иллюминатора привело бы к мгновенной взрывной декомпрессии и гибели экипажа.

Ответ: Атмосфера Марса ядовита для человека, практически не содержит кислорода и имеет очень низкое давление.

5. Гравитация на Марсе

Цитата из рассказа: «...прыгать здесь так же легко, как на Луне. Гравитация была очень слабой, всего одна шестая от земной.»

Объяснение: Сила тяжести на поверхности Марса составляет примерно $3.71 \text{ м/с}^2$, что равно около 38% от земной ($g_{Марс} \approx 0.38 g_{Земля}$), то есть примерно в 2.5 раза слабее. Гравитация на Луне действительно составляет одну шестую (около 17%) от земной. Таким образом, на Марсе прыгать было бы легче, чем на Земле, но значительно труднее, чем на Луне.

Ответ: Гравитация на Марсе составляет примерно 38% от земной, а не 1/6.