Номер 3, страница 308 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

3. Высота тропосферы в полярных областях Земли достигает 10 км, а в экваториальной — 16–18 км. Как бы вы объяснили это различие, используя знания по физике?

3. Различие в высоте тропосферы между полярными и экваториальными областями Земли объясняется двумя основными физическими факторами: температурой и вращением Земли.

Первый фактор — температура. Экваториальные области получают значительно больше солнечной энергии, чем полярные, поэтому воздух у поверхности здесь гораздо теплее. Согласно газовым законам, при нагревании газ расширяется (при постоянном давлении объем прямо пропорционален температуре, $V \propto T$). Теплый воздух имеет меньшую плотность и поднимается вверх за счет конвекции. Мощные восходящие конвективные потоки на экваторе "поднимают" границу тропосферы (тропопаузу) на большую высоту. В холодных полярных областях воздух, наоборот, плотный, тяжелый и опускается вниз, что делает тропосферу более низкой.

Второй фактор — вращение Земли. Земля вращается вокруг своей оси, создавая центробежную силу, направленную от оси вращения. Эта сила максимальна на экваторе, где линейная скорость вращения наибольшая (около 465 м/с), и равна нулю на полюсах. Центробежная сила действует на молекулы воздуха, частично противодействуя силе гравитации и "отбрасывая" атмосферу от поверхности. Этот эффект наиболее выражен на экваторе, что способствует дополнительному увеличению высоты тропосферы в этой области. Таким образом, атмосфера, как и сама планета, слегка сплюснута у полюсов и вытянута у экватора.

Ответ: Высота тропосферы больше на экваторе, чем у полюсов, из-за двух причин: во-первых, из-за более высокой температуры на экваторе воздух расширяется и поднимается выше; во-вторых, из-за вращения Земли центробежная сила на экваторе максимальна, что способствует "растягиванию" атмосферы вверх.

4. Крайне разреженная атмосфера Меркурия (которую правильнее называть экзосферой) объясняется совокупностью факторов, но ключевыми являются две причины.

Первая причина — слабая гравитация. Меркурий — небольшая планета с массой всего около 5.5% от массы Земли. Из-за этого сила тяжести на его поверхности слабая, а вторая космическая скорость (скорость убегания) очень низка — всего 4.25 км/с (для сравнения, у Земли — 11.2 км/с). Это означает, что молекулам газа достаточно приобрести относительно небольшую скорость, чтобы навсегда покинуть планету и улететь в космос. Скорость убегания определяется формулой $v_e = \sqrt{2GM/R}$, где $M$ и $R$ — масса и радиус планеты. Малые значения $M$ и $R$ для Меркурия приводят к низкому значению $v_e$.

Вторая причина — близость к Солнцу. Этот фактор имеет два важных следствия. Во-первых, высокая температура: дневная сторона планеты разогревается до температур свыше 400 °C. При такой температуре атомы и молекулы газов приобретают огромную кинетическую энергию и высокие скорости, которых часто достаточно для преодоления слабой гравитации планеты. Во-вторых, мощный солнечный ветер: Меркурий почти не имеет защитного магнитного поля, и интенсивный поток заряженных частиц от Солнца буквально "сдувает" и "выбивает" частицы из его экзосферы, не давая атмосфере накопиться.

Ответ: Атмосфера Меркурия крайне разрежена по двум основным причинам: 1) слабая гравитация планеты не способна удержать газовые молекулы, так как скорость убегания с его поверхности низка; 2) из-за близости к Солнцу интенсивный солнечный ветер "сдувает" атмосферу, а высокая температура придает молекулам газа достаточную скорость для преодоления гравитации планеты.