Номер 6.52, страница 34 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Тепловые явления. 6. Плавление и кристаллизация - номер 6.52, страница 34.

Условие.

6.52. Конструкторы предложили покрыть спускаемый отсек космического корабля слоем легкоплавкого материала. Для чего? Как вы думаете, на Землю или на Луну предполагается посадка этого корабля?

Решение.

Для чего конструкторы предложили покрыть спускаемый отсек космического корабля слоем легкоплавкого материала?
При входе спускаемого аппарата в плотные слои атмосферы с высокой космической скоростью возникает интенсивное трение о воздух и адиабатическое сжатие газа перед аппаратом. Это приводит к огромному выделению тепла и нагреву внешней поверхности до нескольких тысяч градусов Цельсия. Чтобы защитить конструкцию корабля и его экипаж от разрушения, применяется теплозащитное покрытие.
Слой легкоплавкого материала является частью так называемой абляционной (уносимой массой) теплозащиты. Принцип её работы заключается в том, что под действием высоких температур материал покрытия плавится, а затем испаряется. Эти фазовые переходы (плавление и парообразование) требуют поглощения очень большого количества энергии. Количество теплоты, необходимое для плавления, определяется формулой $Q_{пл} = \lambda m$, а для парообразования — $Q_{пар} = L m$, где $\lambda$ и $\text{L}$ — удельная теплота плавления и парообразования материала. Эта энергия забирается из раскалённой плазмы, окружающей аппарат, эффективно отводя тепло от его корпуса. Кроме того, образовавшиеся пары создают защитный газовый слой, который дополнительно изолирует поверхность аппарата от высоких температур. Таким образом, энергия, которая могла бы разрушить корабль, расходуется на разрушение (абляцию) самого теплозащитного слоя.
Ответ: Слой легкоплавкого материала используется в качестве теплозащиты. При входе в атмосферу он плавится и испаряется, поглощая огромное количество тепла и тем самым предохраняя спускаемый аппарат от перегрева и разрушения.

Как вы думаете, на Землю или на Луну предполагается посадка этого корабля?
Описанный тип тепловой защиты необходим только в том случае, если посадка осуществляется на небесное тело, обладающее плотной атмосферой. Именно взаимодействие с атмосферой на высокой скорости является причиной сильного нагрева.
Земля имеет плотную атмосферу. Любой космический аппарат, возвращающийся на Землю, входит в атмосферу со скоростью не менее первой космической (около 8 км/с), что вызывает его сильнейший нагрев и требует применения эффективной теплозащиты.
Луна, в свою очередь, практически лишена атмосферы. Её газовая оболочка (экзосфера) настолько разрежена, что аэродинамическое сопротивление и, следовательно, нагрев при снижении отсутствуют. Посадка на Луну осуществляется с помощью торможения ракетными двигателями.
Следовательно, абляционная теплозащита необходима для посадки на Землю и совершенно бесполезна для посадки на Луну.
Ответ: Посадка этого корабля предполагается на Землю, так как только при входе в плотную земную атмосферу возникает необходимость в мощной тепловой защите от аэродинамического нагрева.