Номер 14, страница 6 - гдз по физике 8 класс дидактические материалы Марон, Марон

Тренировочные задания. Тепловые явления. ТЗ-2. Температура. Внутренняя энергия - номер 14, страница 6.

Условие.

14. Почему при вхождении в плотные слои атмосферы большинство метеоритов сгорает?

Решение.

Решение

Большинство метеоритов сгорает при вхождении в плотные слои атмосферы из-за совокупности нескольких физических явлений, ключевыми из которых являются огромная скорость объекта и его взаимодействие с воздухом. Процесс можно разбить на несколько этапов.

1. Высокая скорость и кинетическая энергия

Метеороиды (небесные тела до входа в атмосферу) входят в атмосферу Земли с огромными космическими скоростями, которые варьируются от 11 до 72 километров в секунду. Из-за этого они обладают колоссальной кинетической энергией, которая рассчитывается по формуле: $E_k = \frac{mv^2}{2}$, где $\text{m}$ — масса тела, а $\text{v}$ — его скорость. Поскольку скорость в формуле возводится в квадрат, даже небольшое тело, движущееся с такой скоростью, несет в себе огромное количество энергии.

2. Сопротивление воздуха и адиабатическое сжатие

При входе в плотные слои атмосферы метеороид начинает испытывать сильное сопротивление воздуха (аэродинамическое торможение). Однако основной нагрев происходит не из-за прямого трения о молекулы воздуха, как это часто упрощенно представляют. Главная причина — это адиабатическое сжатие воздуха перед летящим телом. Метеороид движется так быстро, что сжимает перед собой воздух, не давая ему расшириться и отдать тепло в окружающее пространство. Согласно законам термодинамики, при быстром (адиабатном) сжатии газа его температура и давление резко возрастают. Температура воздуха перед метеоритом может достигать нескольких тысяч градусов Цельсия, превращая его в раскаленную плазму.

3. Нагрев, плавление и абляция

Эта раскаленная плазма интенсивно нагревает поверхность метеороида. Температура становится настолько высокой, что вещество, из которого состоит метеорит (камень, металл), начинает плавиться, а затем и испаряться (сублимировать). Этот процесс сноса вещества с поверхности тела потоком раскаленного газа называется абляцией. Именно этот светящийся след из раскаленного газа и испарившегося вещества метеорита мы и наблюдаем с Земли как «падающую звезду» или метеор.

4. Разрушение тела

В результате интенсивной абляции и огромного давления набегающего потока воздуха, большинство метеорных тел, особенно небольших размеров, полностью разрушаются и испаряются в атмосфере, не достигая поверхности Земли. Только самые крупные и прочные объекты могут выдержать это экстремальное воздействие, замедлиться до безопасных скоростей и упасть на землю уже в виде метеоритов.

Таким образом, «сгорание» метеорита — это сложный физический процесс, включающий преобразование его огромной кинетической энергии в тепловую энергию через адиабатическое сжатие воздуха, что приводит к нагреву, плавлению, испарению и полному разрушению тела.

Ответ:

Большинство метеоритов сгорает при вхождении в плотные слои атмосферы из-за резкого торможения, вызванного сопротивлением воздуха. Огромная кинетическая энергия метеорита, летящего с космической скоростью, преобразуется в тепловую энергию. Основной механизм нагрева — адиабатическое сжатие воздуха перед метеоритом, из-за которого воздух раскаляется до состояния плазмы с температурой в несколько тысяч градусов. Эта плазма нагревает, плавит и испаряет вещество метеорита (процесс абляции), что приводит к его разрушению и появлению яркого светящегося следа, называемого метеором.