Номер 2, страница 139 - гдз по физике 7 класс учебник Пёрышкин, Иванов

Ответь на вопросы. Параграф 41. Вес воздуха. Атмосферное давление. Глава 3. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов - номер 2, страница 139.

Условие.

2. Почему молекулы газов, входящих в состав атмосферы, не падают на Землю и не покидают её?

Решение.

Решение 2.

Атмосфера — это газовая оболочка, окружающая небесное тело (планету, звезду и т.д.) и удерживаемая его гравитацией. Атмосфера Земли представляет собой сложную динамическую систему, смесь различных газов, которая защищает жизнь на планете, регулирует её температуру и участвует во множестве природных процессов.

Состав: Земная атмосфера состоит преимущественно из азота ($N_2$) — около 78%, кислорода ($O_2$) — около 21%, и аргона ($Ar$) — около 0,9%. Оставшаяся доля приходится на углекислый газ ($CO_2$), неон, гелий, метан, криптон, водород, а также водяной пар, количество которого сильно варьируется.

Структура: Атмосфера не однородна и по характеру изменения температуры с высотой делится на несколько основных слоев:

• Тропосфера — нижний слой (высота до 8–18 км), в котором сосредоточено около 80% всей массы атмосферы и практически весь водяной пар. Здесь формируется погода.
• Стратосфера — слой до высоты около 50 км. Здесь находится озоновый слой, который поглощает большую часть вредного ультрафиолетового излучения Солнца.
• Мезосфера — слой до высоты около 85 км. Самый холодный слой атмосферы.
• Термосфера — простирается до высоты около 600 км. Температура в этом слое сильно возрастает из-за поглощения солнечной радиации.
• Экзосфера — самый внешний, очень разреженный слой, где атмосфера постепенно переходит в межпланетное пространство.

Ответ: Атмосфера — это удерживаемая гравитацией газовая оболочка планеты. Атмосфера Земли состоит из смеси газов (в основном азота и кислорода), имеет слоистую структуру и выполняет жизненно важные функции, такие как защита от солнечной радиации и регуляция климата.

2. Положение молекул газов в атмосфере определяется балансом двух противодействующих факторов: гравитационного притяжения Земли и кинетической энергии теплового движения самих молекул.

Почему молекулы не падают на Землю?
Молекулы всех веществ, включая газы, находятся в непрерывном и хаотическом движении. Это явление называется тепловым движением. Кинетическая энергия этого движения у молекул газа настолько велика, что они движутся с огромными скоростями (сотни метров в секунду) и постоянно сталкиваются друг с другом. Хотя сила тяжести действует на каждую молекулу, стремясь притянуть её к поверхности, интенсивное движение и взаимные столкновения не позволяют им всем вместе "осесть" на Землю. Это движение создает давление, которое уравновешивает вес вышележащих слоев воздуха и поддерживает атмосферу в "подвешенном" состоянии.

Почему молекулы не покидают её (Землю)?
Чтобы покинуть гравитационное поле Земли, молекула должна развить скорость, равную или превышающую вторую космическую скорость (скорость убегания). Для нашей планеты эта скорость составляет примерно $11,2 \text{ км/с}$. Скорости молекул в атмосфере распределены по закону Максвелла: есть как очень медленные, так и очень быстрые молекулы, но большинство из них имеют скорости, близкие к среднему значению. Средние скорости основных компонентов воздуха (азота и кислорода) составляют всего $400-500 \text{ м/с}$, что намного меньше скорости убегания.

Таким образом, гравитационное поле Земли является достаточно мощной "ловушкой" для большинства молекул атмосферы. Лишь в самых верхних слоях (экзосфере), где столкновения редки, наиболее быстрые и легкие молекулы (водород, гелий) могут иногда достигать второй космической скорости и улетать в космос. Этот процесс называется атмосферной диссипацией.

Ответ: Молекулы газов не падают на Землю благодаря своему интенсивному хаотическому тепловому движению, создающему давление, которое противодействует силе тяжести. Они не покидают Землю, так как ее гравитационное притяжение достаточно сильно, а средние скорости молекул значительно меньше второй космической скорости, необходимой для преодоления этого притяжения.