Номер 6, страница 209 - гдз по физике 9 класс учебник Изергин

Глава VI. Гравитация и Вселенная. Вопросы для повторения главы VI - номер 6, страница 209.

Условие.

6. Почему Юпитер сплюснут у полюсов, а Солнце при одной и той же газовой природе видно с Земли как круглый диск?

Решение.

Решение

Различие в форме Юпитера и Солнца, несмотря на их общую газовую природу, объясняется фундаментальной разницей в скорости их вращения вокруг своей оси и, как следствие, в соотношении центробежной силы и силы гравитации.

Форма любого вращающегося небесного тела, состоящего из газа или жидкости, определяется балансом двух сил:

1. Силы гравитации, которые стремятся сжать вещество и придать телу сферическую форму — наиболее энергетически выгодную.
2. Центробежной силы, возникающей из-за вращения и направленной от оси вращения. Эта сила противодействует гравитации и стремится "растянуть" тело в экваториальной плоскости. Величина центробежного ускорения зависит от квадрата угловой скорости вращения $ \omega $ и расстояния от оси $ r $: $ a_ц = \omega^2 r $.

1. Юпитер. Это самая быстро вращающаяся планета в Солнечной системе. Период его вращения составляет всего около 9 часов 55 минут. Из-за такой колоссальной скорости вращения на экваторе Юпитера возникает очень мощная центробежная сила. Эта сила частично компенсирует гравитационное притяжение, что приводит к "вздутию" планеты вдоль экватора и, соответственно, к её сжатию у полюсов, где центробежная сила равна нулю. В результате экваториальный диаметр Юпитера (142 984 км) примерно на 6.5% больше его полярного диаметра (133 708 км). Эта разница хорошо заметна даже при наблюдениях в телескоп, поэтому Юпитер выглядит как сплюснутый шар (эллипсоид вращения).

2. Солнце. Солнце вращается гораздо медленнее. Период его вращения дифференциальный: около 25 земных суток на экваторе и до 35 суток в полярных областях. Из-за такой низкой скорости вращения (по сравнению с Юпитером) возникающая центробежная сила ничтожно мала по сравнению с его гигантской силой гравитации. Масса Солнца в 1047 раз превышает массу Юпитера, что создает огромное гравитационное поле. Эта мощнейшая гравитация легко преодолевает слабое влияние центробежной силы и удерживает вещество Солнца в форме, очень близкой к идеальной сфере. Сплюснутость Солнца крайне мала (около $ 9 \times 10^{-6} $) и неразличима при наблюдениях с Земли без специальных приборов.

Таким образом, ключевым фактором является скорость вращения.

Ответ: Юпитер сплюснут у полюсов из-за своего очень быстрого вращения вокруг оси (период около 10 часов), которое создает значительную центробежную силу, деформирующую планету. Солнце вращается намного медленнее (период около 25-35 суток), поэтому центробежная сила слишком слаба по сравнению с его мощной гравитацией, и оно сохраняет практически идеальную сферическую форму.