Теоретическое исследование, страница 96 - гдз по физике 7 класс учебник Башарулы, Тезекеев

Теоретическое исследование

На рисунке представлены два состояния взаимного расположения трех небесных тел (Солнца, Земли и Луны). Показано изменение уровня Мирового океана, окружающего земную поверхность. Внимательно изучив рис. 5.16.4, в письменном виде объясните, какие явления имеют место, из-за чего уровень Мирового океана меняется. Опишите также, как будет вести себя околоземный воздушный океан для двух разных случаев расположения небесных тел. Объяснение сопроводите рисунками. Дайте ответ, почему воздух вокруг Земли не рассеивается в космическом «пустом» пространстве.

Рис. 5.16.4. Различные состояния взаимного расположения Луны, Земли и Солнца

Объясните, какие явления имеют место, из-за чего уровень Мирового океана меняется.

На рисунке изображено явление приливов и отливов в Мировом океане. Уровень океана меняется под действием гравитационных сил Луны и Солнца. Эти силы вызывают деформацию водной оболочки Земли, создавая две приливные «горбы» (области высокого уровня воды) и две отливные «впадины» (области низкого уровня воды).

На рисунке показаны два характерных случая:

1. Верхний рисунок: Луна, Земля и Солнце расположены под прямым углом друг к другу (такое положение называется квадратурой). В этом случае гравитационные силы Луны и Солнца действуют в разных направлениях и частично ослабляют друг друга. Приливные силы Солнца уменьшают высоту лунных приливов. В результате возникают так называемые квадратурные приливы, характеризующиеся наименьшей амплитудой (небольшая разница между высоким и низким уровнем воды).
2. Нижний рисунок: Луна, Земля и Солнце выстраиваются на одной прямой (такое положение называется сизигией). Гравитационные силы Луны и Солнца складываются, так как действуют в одном направлении. Это приводит к возникновению сизигийных приливов (или «большой воды»), которые характеризуются максимальной амплитудой. Приливы становятся максимально высокими, а отливы — максимально низкими.

Ответ: Уровень Мирового океана меняется из-за гравитационного притяжения Луны и Солнца, вызывающего приливы и отливы. Величина изменения уровня зависит от взаимного расположения этих небесных тел: когда они находятся на одной линии, приливы максимальны (сизигийные), а когда под прямым углом — минимальны (квадратурные).

Опишите также, как будет вести себя околоземный воздушный океан для двух разных случаев расположения небесных тел. Объяснение сопроводите рисунками.

Атмосфера Земли, или «воздушный океан», как и Мировой океан, является текучей средой и тоже подвержена действию приливных сил Луны и Солнца. Это явление называется атмосферными приливами. Под действием гравитации в атмосфере возникают волны, приводящие к периодическим изменениям атмосферного давления, плотности и температуры.

Поведение «воздушного океана» будет аналогично поведению океана водного:

1. В случае квадратуры (верхний рисунок), когда приливные силы Солнца и Луны действуют под углом, их воздействие на атмосферу частично компенсируется. Это приводит к слабым атмосферным приливам с небольшой амплитудой колебаний атмосферного давления.
2. В случае сизигии (нижний рисунок), когда силы Луны и Солнца действуют сонаправленно, их воздействия складываются. Это вызывает сильные атмосферные приливы с максимальной амплитудой колебаний.

Эти изменения можно изобразить схематически, показав деформацию атмосферной оболочки Земли.

Рисунок 1: Квадратурный (слабый) прилив в атмосфере

Рисунок 2: Сизигийный (сильный) прилив в атмосфере

Ответ: Околоземный воздушный океан (атмосфера) ведёт себя аналогично Мировому океану, испытывая атмосферные приливы. При квадратурном расположении небесных тел (случай 1) приливные деформации атмосферы минимальны. При сизигийном расположении (случай 2) деформации атмосферы максимальны из-за сложения гравитационных воздействий Солнца и Луны.

Дайте ответ, почему воздух вокруг Земли не рассеивается в космическом «пустом» пространстве.

Воздух, составляющий атмосферу Земли, не рассеивается в космическом пространстве благодаря силе земного притяжения (гравитации). Земля обладает большой массой и притягивает к себе молекулы газов (в основном азота и кислорода), из которых состоит воздух.

Молекулы газа находятся в постоянном хаотическом тепловом движении. Чтобы преодолеть гравитационное притяжение Земли и улететь в космос, молекула должна развить скорость, равную или превышающую вторую космическую скорость (скорость убегания). Для Земли эта скорость составляет примерно 11,2 км/с. Она определяется по формуле: $v_{e} = \sqrt{\frac{2GM}{R}}$ где $G$ — гравитационная постоянная, $M$ — масса Земли, $R$ — её радиус.

Средняя скорость теплового движения большинства молекул в атмосфере значительно ниже скорости убегания. Например, для молекул азота ($N_2$) и кислорода ($O_2$) при обычных температурах она составляет около 0,5 км/с. Лишь очень небольшое количество самых лёгких молекул (водород, гелий) в самых верхних, разреженных слоях атмосферы (экзосфере) могут случайно набрать достаточную скорость и покинуть Землю. Однако основная масса атмосферы надёжно удерживается гравитацией планеты.

Ответ: Воздух удерживается у поверхности Земли её гравитационным полем. Скорости движения большинства молекул газов в атмосфере недостаточны для преодоления земного притяжения и ухода в космическое пространство.