Номер 4, страница 235 - гдз по физике 9 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 9. Физика атома и атомного ядра. Параграф 46. Ядерные силы. Вопросы - номер 4, страница 235.

Условие.

4. Какая из масс больше: масса атомного ядра или сумма масс невзаимодействующих нуклонов, составляющих атомное ядро? Почему?

Решение.

3. Связь между массой системы $(m)$ и её энергией покоя $(E_0)$ выражается знаменитой формулой Альберта Эйнштейна, которая является следствием специальной теории относительности:

$$E_0 = mc^2$$

где $\text{c}$ — скорость света в вакууме (приблизительно $3 \cdot 10^8$ м/с).

Эта формула устанавливает эквивалентность массы и энергии. Она гласит, что энергия покоя любой физической системы прямо пропорциональна её массе. Масса является мерой содержания энергии в системе, а энергия, в свою очередь, обладает массой.

Ответ: Связь между массой системы и энергией покоя прямо пропорциональная, выражается формулой $E_0 = mc^2$.

4. Сумма масс невзаимодействующих нуклонов (протонов и нейтронов), составляющих атомное ядро, больше, чем масса самого атомного ядра.

Почему?

Это явление называется дефектом масс. Согласно специальной теории относительности, масса и энергия эквивалентны ($E=mc^2$). Когда отдельные нуклоны объединяются в ядро, действуют мощные ядерные силы притяжения. При этом выделяется огромное количество энергии, называемой энергией связи. Энергия связи — это та энергия, которую необходимо затратить, чтобы разделить ядро на составляющие его нуклоны.

Поскольку при образовании ядра система (нуклоны) теряет энергию (энергию связи), её полная масса уменьшается на величину $\Delta m$, которая и называется дефектом масс. Связь между энергией связи $(E_{св})$ и дефектом масс выражается формулой:

$$E_{св} = \Delta m \cdot c^2$$

где $\Delta m = (Z \cdot m_p + N \cdot m_n) - M_я$. Здесь $\text{Z}$ — число протонов, $\text{N}$ — число нейтронов, $m_p$ и $m_n$ — массы свободного протона и нейтрона соответственно, а $M_я$ — масса ядра.

Таким образом, масса ядра всегда меньше суммы масс составляющих его нуклонов из-за выделения энергии связи при его образовании.

Ответ: Сумма масс невзаимодействующих нуклонов больше массы атомного ядра. Это происходит из-за того, что при образовании ядра из нуклонов выделяется энергия связи, что, согласно формуле $E=mc^2$, приводит к уменьшению массы системы (дефект масс).