Номер 1.10, страница 5 - гдз по физике 8 класс задачник Артеменков, Ломаченков

I. Внутренняя энергия - номер 1.10, страница 5.

Условие.

1.10 Что является причиной сильного нагревания и сгорания мелких космических метеоритов при вхождении их в плотные слои атмосферы? Какие трудности данное явление вызывает для развития космонавтики?

Решение.

Что является причиной сильного нагревания и сгорания мелких космических метеоритов при вхождении их в плотные слои атмосферы?

Основной причиной сильного нагрева и последующего сгорания метеоритов является не столько трение о воздух, сколько мощное и резкое сжатие воздуха перед летящим телом. Метеориты входят в атмосферу Земли на огромных, так называемых гиперзвуковых, скоростях (десятки километров в секунду). При такой скорости воздух перед метеоритом не успевает растечься и подвергается адиабатическому сжатию – процессу, при котором газ сжимается так быстро, что не успевает обменяться теплом с окружающей средой. В результате этого сжатия перед метеоритом образуется ударная волна, в которой температура воздуха возрастает до нескольких тысяч градусов Цельсия, превращая газ в раскаленную плазму. Эта плазма интенсивно передает тепло поверхности метеорита через излучение и конвекцию, что приводит к его плавлению, испарению и сгоранию. Таким образом, гигантская кинетическая энергия метеорита ($E_k = \frac{1}{2}mv^2$) стремительно преобразуется в тепловую энергию.

Ответ: Главной причиной является адиабатическое сжатие воздуха перед метеоритом, летящим с гиперзвуковой скоростью. Это сжатие создает ударную волну, в которой воздух нагревается до тысяч градусов, что и приводит к интенсивному нагреву и сгоранию метеорита.

Какие трудности данное явление вызывает для развития космонавтики?

Это явление создает одну из ключевых проблем для космонавтики — обеспечение безопасного входа космических аппаратов в атмосферу Земли или других планет. Поскольку космические корабли при возвращении движутся с орбитальными скоростями, сопоставимыми со скоростями метеоритов, они подвергаются такому же интенсивному аэродинамическому нагреву. Это порождает следующие трудности:
1. Необходимость создания систем тепловой защиты (TPS). Для предотвращения разрушения аппарата от перегрева требуются сложные теплозащитные экраны, способные выдерживать экстремальные температуры.
2. Разработка жаропрочных материалов. Создание материалов для теплозащиты — сложная научная и инженерная задача. Используются либо абляционные материалы (постепенно испаряются, унося тепло с собой), либо многоразовые тугоплавкие покрытия (например, керамические плитки).
3. Увеличение массы и стоимости. Теплозащита составляет значительную часть массы спускаемого аппарата, что увеличивает стоимость его вывода на орбиту.
4. Потеря связи. Облако плазмы, образующееся вокруг аппарата при спуске, на несколько минут экранирует радиосигналы, приводя к временной потере связи с центром управления.
5. Сложность навигации и управления. Необходимо с высокой точностью рассчитать и выдержать траекторию и угол входа в атмосферу, чтобы избежать разрушения от перегрузок и перегрева или, наоборот, рикошета от атмосферы обратно в космос.

Ответ: Основная трудность для космонавтики — это необходимость защиты космических аппаратов от разрушения из-за экстремального нагрева при входе в атмосферу. Это требует создания сложных и тяжелых систем тепловой защиты, разработки уникальных материалов и решения проблем с управлением и связью во время опасного этапа спуска.