Номер 9, страница 248 - гдз по физике 10 класс учебник Грачев, Погожев

Параграф 43. Основные положения молекулярно-кинетической теории. Характер движения и взаимодействия молекул в газах, жидкостях и твёрдых телах. Глава 7. Основы молекулярно-кинетической теории и термодинамики. Молекулярная физика и термодинамика - номер 9, страница 248.

Условие.

9. При каком расстоянии между двумя молекулами потенциальная энергия их взаимодействия минимальна? Как соотносятся при этом силы притяжения и отталкивания?

Решение.

При каком расстоянии между двумя молекулами потенциальная энергия их взаимодействия минимальна?

Взаимодействие между двумя молекулами носит сложный характер. На больших расстояниях преобладают силы притяжения, а на очень малых — силы отталкивания. Существует определенное расстояние $r_0$, называемое равновесным, при котором система из двух молекул находится в наиболее устойчивом состоянии. Именно на этом расстоянии потенциальная энергия их взаимодействия достигает своего минимального значения. Это расстояние сопоставимо с размерами самих молекул (порядка их диаметра).

Ответ: Потенциальная энергия взаимодействия двух молекул минимальна на равновесном расстоянии $r_0$, которое соответствует положению их устойчивого равновесия.

Как соотносятся при этом силы притяжения и отталкивания?

Сила взаимодействия между молекулами связана с потенциальной энергией соотношением $F = - \frac{dU}{dr}$, где $U$ — потенциальная энергия, а $r$ — расстояние между молекулами. В точке минимума потенциальной энергии её производная по расстоянию равна нулю $(\frac{dU}{dr} = 0)$. Следовательно, результирующая сила, действующая между молекулами на равновесном расстоянии, равна нулю.

Результирующая сила является векторной суммой сил притяжения ($F_{прит}$) и отталкивания ($F_{отт}$). Равенство результирующей силы нулю означает, что сила притяжения и сила отталкивания уравновешивают друг друга. Таким образом, на равновесном расстоянии их модули равны, а направления — противоположны.

Ответ: На расстоянии, где потенциальная энергия минимальна, силы притяжения и отталкивания равны по модулю и противоположны по направлению, то есть они уравновешивают друг друга.