Номер 1, страница 89 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Обсудить в классе. Параграф 27. Силы в природе. Глава 3. Силы в механике - номер 1, страница 89.

Условие.

Решение.

Решение 3.

Траектория движения Земли, то есть её орбита вокруг Солнца, определяется балансом сил, в первую очередь — гравитационным притяжением между Землей и Солнцем. Согласно закону всемирного тяготения, сила гравитации $F$ между двумя телами с массами $m_1$ и $m_2$, центры которых разделены расстоянием $r$, вычисляется по формуле $F = G \frac{m_1 m_2}{r^2}$, где $G$ — гравитационная постоянная. Чтобы существующая траектория Земли существенно изменилась, на неё должна подействовать дополнительная гравитационная сила или должна измениться существующая. Это может произойти в нескольких гипотетических случаях.

1. Гравитационное воздействие проходящего массивного небесного тела

Это наиболее вероятный, хотя и крайне редкий, сценарий. Если вблизи Солнечной системы пройдет достаточно массивный объект, его гравитационное поле может нарушить существующий баланс. Таким объектом может быть:

• Блуждающая планета (планета-сирота, не привязанная к какой-либо звезде).
• Звезда, например, тусклый коричневый карлик или другая звезда, если наша Солнечная система сблизится с ней.
• Компактный объект с огромной массой, такой как нейтронная звезда или черная дыра.

В зависимости от массы этого объекта, его скорости и минимального расстояния до Земли, последствия могут быть разными: от незначительного изменения формы орбиты (увеличения или уменьшения её эксцентриситета) до катастрофических. В крайних случаях Земля может быть выброшена из Солнечной системы в межзвездное пространство, переведена на орбиту, ведущую к столкновению с Солнцем, или захвачена проходящим объектом.

2. Значительное изменение массы Солнца

Параметры орбиты Земли напрямую зависят от массы Солнца. Если бы масса Солнца резко изменилась, это немедленно отразилось бы на траектории нашей планеты.

• Уменьшение массы Солнца. Если бы Солнце потеряло значительную часть своей массы (в реальности это происходит очень медленно в процессе звездной эволюции), сила его притяжения ослабла бы. В результате гравитация уже не смогла бы удерживать Землю на прежней орбите, и Земля начала бы удаляться от Солнца по спирали, переходя на более далекую орбиту.
• Увеличение массы Солнца. Если бы Солнце, наоборот, поглотило какой-нибудь массивный объект (например, крупную планету или небольшую звезду) и его масса возросла, сила притяжения увеличилась бы. Это заставило бы Землю сместиться на более близкую к Солнцу орбиту.

Теоретически, изменение массы самой Земли (например, в результате столкновения с очень крупным небесным телом) также изменило бы её орбиту, однако в этом случае гораздо более существенную роль сыграло бы изменение скорости и направления движения (импульса) Земли, а не изменение гравитационной силы из-за прибавки массы.

Ответ: Гравитационная сила может изменить траекторию движения Земли в первую очередь при сближении с другим массивным небесным телом (например, блуждающей планетой, звездой или черной дырой), либо в случае значительного и резкого изменения массы Солнца.