Номер 1, страница 47 - гдз по физике 8 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 2. Механические свойства жидкостей, газов и твёрдых тел. Параграф 12. Атмосферное давление. Задание 11 - номер 1, страница 47.

Условие.

1. Почему молекулы газов, входящих в состав атмосферы, не падают на Землю под действием силы тяжести?

Решение.

1. Молекулы газов, составляющих атмосферу, не падают на Землю под действием силы тяжести по нескольким взаимосвязанным причинам, главной из которых является их непрерывное хаотическое тепловое движение.

Во-первых, важно понимать, что сила тяжести действует на каждую молекулу газа. Именно гравитация удерживает атмосферу у поверхности Земли, не давая ей рассеяться в космос. Однако, в отличие от макроскопических тел (например, камня), поведение молекул определяется не только гравитацией.

Ключевым фактором является то, что молекулы газов находятся в состоянии непрерывного и хаотического движения, называемого тепловым движением. Скорость этого движения зависит от температуры газа и массы молекул. Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул определяется температурой: $E_k = \frac{3}{2}kT$, где $\text{k}$ – постоянная Больцмана, а $\text{T}$ – абсолютная температура. При обычных атмосферных температурах скорости молекул очень высоки. Например, для молекулы азота (основного компонента воздуха) при температуре $20^\circ C$ (293 K) средняя квадратичная скорость составляет около 510 м/с.

Эта огромная кинетическая энергия позволяет молекулам постоянно двигаться во всех направлениях, преодолевая силу притяжения Земли на коротких отрезках своего пути. Двигаясь вниз под действием гравитации, молекула почти мгновенно сталкивается с другими молекулами, которые движутся вверх или в стороны, и получает от них импульс, меняя направление своего движения. В результате этих миллиардов упругих столкновений, происходящих каждую секунду, движение отдельной молекулы становится совершенно случайным. Устремление вниз под действием силы тяжести "гасится" этими постоянными ударами со всех сторон, особенно снизу, от более плотных слоев атмосферы.

Таким образом, атмосфера находится в состоянии динамического равновесия. Гравитация стремится сжать газ у поверхности, а тепловое движение стремится равномерно распределить его по всему доступному объему. Результатом этого противоборства является установление барометрического распределения: плотность и давление воздуха уменьшаются с высотой, но газ не оседает на поверхности в виде "слоя", как пыль. Молекулы постоянно движутся, и в любой момент времени примерно одинаковое количество молекул движется в любом направлении, что и поддерживает стабильное состояние атмосферы.

Ответ: Молекулы газов не падают на Землю, потому что они находятся в непрерывном хаотическом тепловом движении с очень высокими скоростями. Энергия этого движения и постоянные столкновения с другими молекулами противодействуют силе тяжести, не позволяя им осесть на поверхности и удерживая атмосферу в состоянии динамического равновесия.