Номер 47, страница 96, часть 1 - гдз по физике 7 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 1. Глава III. Движение и взаимодействие тел. Параграф 12. Плотность вещества - номер 47, страница 96.

Условие.

47. Используя Интернет, найдите значения плотности нейтронных звёзд и сравните их со значениями плотности известных вам веществ.

Решение.

Значения плотности нейтронных звёзд

Нейтронные звёзды являются одними из самых плотных известных астрономических объектов во Вселенной. Их плотность сравнима с плотностью атомного ядра. Согласно данным, полученным из открытых источников в Интернете, средняя плотность вещества нейтронной звезды ($\rho_{н.з.}$) находится в диапазоне от $3 \times 10^{17}$ до $1 \times 10^{18}$ килограмм на кубический метр ($\text{кг/м}^3$). Для дальнейших расчётов и сравнений можно использовать среднее значение этого диапазона, например, $5 \times 10^{17} \text{ кг/м}^3$.

Такая экстремально высокая плотность возникает в результате гравитационного коллапса ядра массивной звезды. Под действием колоссального давления электроны и протоны сливаются в нейтроны, которые затем упаковываются чрезвычайно плотно, образуя нейтронную материю.

Сравнение со значениями плотности известных веществ

Плотность вещества нейтронных звёзд на много порядков превышает плотность любых веществ, встречающихся в обычных условиях на Земле. Чтобы оценить эту разницу, проведём сравнение с несколькими известными веществами.

Плотность пресной воды составляет примерно $\rho_{воды} = 1000 \text{ кг/м}^3$, или $10^3 \text{ кг/м}^3$. Вещество нейтронной звезды плотнее воды в $\frac{5 \times 10^{17}}{10^3} = 5 \times 10^{14}$ раз, то есть в 500 триллионов раз.

Осмий ($\text{Os}$) является самым плотным химическим элементом в нормальных условиях на Земле. Его плотность $\rho_{осмия} \approx 22 \, 600 \text{ кг/м}^3$, или $2.26 \times 10^4 \text{ кг/м}^3$. Даже по сравнению с этим сверхплотным металлом, вещество нейтронной звезды плотнее в $\frac{5 \times 10^{17}}{2.26 \times 10^4} \approx 2.2 \times 10^{13}$ раз, то есть примерно в 22 триллиона раз.

Для наглядной иллюстрации этой колоссальной плотности можно привести следующий пример. Масса всего лишь одной чайной ложки (объёмом $V = 5 \text{ см}^3 = 5 \times 10^{-6} \text{ м}^3$) вещества нейтронной звезды составила бы:$m = \rho_{н.з.} \times V = (5 \times 10^{17} \text{ кг/м}^3) \times (5 \times 10^{-6} \text{ м}^3) = 2.5 \times 10^{12} \text{ кг}$.Эта масса равна 2.5 миллиардам тонн. Это больше, чем масса всего человечества.

Таким образом, можно заключить, что плотность нейтронных звезд является экстремально высокой и абсолютно несопоставима с плотностью веществ, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни.

Ответ: Средняя плотность нейтронных звёзд составляет порядка $3 \times 10^{17} - 1 \times 10^{18} \text{ кг/м}^3$. Это значение в сотни триллионов раз превышает плотность воды ($\approx 10^3 \text{ кг/м}^3$) и в десятки триллионов раз — плотность самого плотного земного металла, осмия ($\approx 2.26 \times 10^4 \text{ кг/м}^3$).