Номер 4, страница 235 - гдз по физике 10 класс учебник Касьянов

Творческие задания. Параграф 48. Агрегатные состояния вещества. 8. Молекулярная структура вещества. Молекулярная физика - номер 4, страница 235.

Условие.

4. Существует ли дефект массы у человека?

Решение.

4. Да, у человека, как и у любого другого макроскопического объекта, состоящего из вещества, существует дефект массы. Это явление можно рассматривать на двух основных уровнях.

1. Ядерный дефект массы.

Это основной и самый значительный вклад. Дефект массы в ядерной физике — это разница между суммой масс отдельных протонов и нейтронов (нуклонов), из которых состоит атомное ядро, и реальной массой самого ядра. Масса ядра всегда оказывается меньше этой суммы. Эта "недостающая" масса, согласно принципу эквивалентности массы и энергии Эйнштейна, превращается в энергию связи ядра. Энергия связи — это та энергия, которая удерживает нуклоны вместе и которую необходимо затратить, чтобы разделить ядро на составляющие его частицы. Она рассчитывается по формуле:

$E_{связи} = \Delta m \cdot c^2$

где $\Delta m$ — дефект массы, а $c$ — скорость света в вакууме.

Тело человека состоит из атомов химических элементов (в основном кислорода, углерода, водорода, азота и др.). Ядра всех этих атомов (за исключением протия — изотопа водорода-1, ядро которого состоит из одного протона) содержат более одного нуклона. Следовательно, каждое такое ядро в теле человека обладает дефектом массы. Суммируя этот эффект по всем атомам, мы получаем общий ядерный дефект массы человека.

2. Химический дефект массы.

Аналогичный, но значительно более слабый эффект наблюдается при образовании молекул из атомов. Когда атомы объединяются посредством химических связей, выделяется энергия (энергия химической связи). Это выделение энергии также сопровождается уменьшением общей массы системы. Например, масса молекулы воды H₂O немного меньше, чем сумма масс двух свободных атомов водорода и одного свободного атома кислорода. Организм человека — это сложнейшая совокупность молекул, и при их образовании также возникает суммарный "химический" дефект массы. Однако энергии химических связей на много порядков меньше энергий ядерных связей, поэтому этот вклад пренебрежимо мал по сравнению с ядерным.

Таким образом, можно с уверенностью утверждать, что масса человека меньше, чем сумма масс всех элементарных частиц (протонов, нейтронов, электронов), из которых он состоит, если бы они находились в свободном, несвязанном состоянии.

Ответ: Да, существует. Он обусловлен главным образом энергией связи атомных ядер (ядерный дефект массы) и, в гораздо меньшей степени, энергией химических связей между атомами в молекулах, из которых состоит тело человека.