Номер 10.52, страница 204 - гдз по физике 11 класс сборник задач Заболотский, Комиссаров

Квантовая физика. Глава 10. Квантовая природа излучения. Давление света - номер 10.52, страница 204.

Условие.

10.52. Объясните направление пылевого хвоста кометы (рис. 10.5). Почему длина хвоста меняется при движении кометы?

Рис. 10.5

Решение.

Объясните направление пылевого хвоста кометы (рис. 10.5).

Хвост кометы образуется из вещества, которое испаряется с поверхности её ядра под действием солнечного излучения при приближении к Солнцу. У кометы обычно наблюдается два типа хвостов: газовый (ионный) и пылевой.

Пылевой хвост, показанный на рисунке, состоит из мелких твёрдых частиц (пылинок), которые были выброшены из ядра вместе с газом. На эти частицы действуют две основные силы:

1. Сила всемирного тяготения со стороны Солнца, которая заставляет пылинки двигаться по орбитам, подобным орбите самой кометы.

2. Сила давления солнечного света (световое давление). Эта сила отталкивает пылинки от Солнца.

Поскольку пылинки имеют массу, они обладают инерцией и сохраняют орбитальную скорость кометы в момент своего отделения от ядра. В результате сложения движения по инерции по орбите и движения от Солнца под действием светового давления, пылевой хвост отклоняется в сторону, противоположную движению кометы. Он всегда направлен в целом от Солнца, но из-за инерции пылинок он как бы «отстаёт» от линии, соединяющей ядро кометы и Солнце, и имеет изогнутую форму. Чем массивнее частицы пыли, тем сильнее они отстают от кометы и тем более изогнутым является хвост. На рисунке 10.5 хорошо видна эта характерная изогнутая форма пылевого хвоста, который тянется позади кометы по её орбите.

Ответ: Направление пылевого хвоста определяется совокупным действием силы притяжения Солнца и силы давления солнечного света на пылевые частицы. Пылинки, покинув ядро, продолжают двигаться по своим собственным орбитам вокруг Солнца, но под действием светового давления эти орбиты изменяются. Из-за того, что пылинки сохраняют орбитальную скорость кометы, хвост загибается и отстаёт от направления на Солнце, располагаясь позади кометы на её орбите.

Почему длина хвоста меняется при движении кометы?

Длина и яркость хвоста кометы напрямую зависят от её расстояния до Солнца. Комета движется по вытянутой эллиптической орбите.

Когда комета находится далеко от Солнца (вблизи афелия — самой далёкой точки орбиты), её ядро сильно охлаждено. Солнечного тепла недостаточно для интенсивного испарения (сублимации) льдов с его поверхности. В этот период у кометы практически нет ни комы (газопылевой оболочки вокруг ядра), ни хвоста.

По мере приближения к Солнцу (к перигелию — ближайшей точке орбиты) ядро кометы всё сильнее нагревается. Сублимация льдов усиливается, что приводит к выбросу большого количества газа и пыли. Из этого вещества формируются кома и хвост. Чем ближе комета к Солнцу, тем интенсивнее испарение и тем больше вещества выбрасывается в хвост, поэтому его длина и яркость увеличиваются, достигая максимума вблизи перигелия.

После прохождения перигелия комета начинает удаляться от Солнца. По мере удаления она остывает, интенсивность испарения вещества с ядра уменьшается. Вследствие этого хвост становится всё короче и тусклее, и в конце концов, когда комета уходит в далёкие и холодные области Солнечной системы, он исчезает.

Ответ: Длина хвоста кометы меняется из-за изменения её расстояния до Солнца. Приближаясь к Солнцу, комета нагревается, что усиливает испарение вещества с её ядра и, как следствие, приводит к росту хвоста. При удалении от Солнца комета остывает, процесс испарения ослабевает, и хвост укорачивается и исчезает.