Номер 3, страница 206 - гдз по физике 9 класс учебник Закирова, Аширов

3. В период активности Солнце испускает в космическое пространство поток заряженных частиц с энергией, достигающей $10^6 \text{ эВ}$. С какой скоростью движутся частицы? Возможно ли появление тормозного рентгеновского излучения у поверхности планет, если 90 % этих частиц являются протонами? Примите массу протона равной $1.67 \cdot 10^{-27} \text{ кг}$. Что защищает нашу планету от солнечной радиации?

С какой скоростью движутся частицы?

Дано:

Кинетическая энергия протонов $E_k = 10^6$ эВ
Масса протона $m_p = 1,67 \cdot 10^{-27}$ кг
Элементарный заряд $e = 1,6 \cdot 10^{-19}$ Кл (для перевода эВ в Дж)

Перевод в СИ:
$E_k = 10^6 \text{ эВ} = 10^6 \cdot 1,6 \cdot 10^{-19} \text{ Дж} = 1,6 \cdot 10^{-13} \text{ Дж}$

Найти:

Скорость частиц $v$.

Решение:

Энергия, которой обладают частицы, является их кинетической энергией. Поскольку 90% частиц — это протоны, произведем расчет для протона. Скорость частиц можно найти, используя классическую формулу для кинетической энергии: $E_k = \frac{m_p v^2}{2}$.
Выразим скорость $v$ из этой формулы:
$v = \sqrt{\frac{2E_k}{m_p}}$
Подставим числовые значения в системе СИ:
$v = \sqrt{\frac{2 \cdot 1,6 \cdot 10^{-13} \text{ Дж}}{1,67 \cdot 10^{-27} \text{ кг}}} \approx \sqrt{1,916 \cdot 10^{14} \frac{\text{м}^2}{\text{с}^2}} \approx 1,38 \cdot 10^7 \text{ м/с}$.
Полученная скорость составляет примерно 4,6% от скорости света ($c \approx 3 \cdot 10^8$ м/с), поэтому использование нерелятивистской формулы для кинетической энергии является оправданным.

Ответ: Частицы движутся со скоростью приблизительно $1,38 \cdot 10^7$ м/с.

Возможно ли появление тормозного рентгеновского излучения у поверхности планет, если 90 % этих частиц являются протонами?

Да, возможно. Тормозное излучение возникает, когда быстрая заряженная частица (в данном случае протон) резко замедляется в веществе, взаимодействуя с электрическими полями его атомов. При входе в атмосферу планеты высокоэнергетические протоны из солнечного потока сталкиваются с атомами и молекулами газов, что приводит к их быстрому торможению. Эта потеря кинетической энергии преобразуется в электромагнитное излучение. Спектр этого излучения непрерывен, а его максимальная энергия фотонов равна начальной кинетической энергии частицы, то есть $10^6$ эВ (1 МэВ). Диапазон энергий, характерный для рентгеновского излучения (примерно от 100 эВ до 100 кэВ), является частью этого широкого спектра. Следовательно, при торможении протонов в атмосфере планеты неизбежно будет генерироваться и рентгеновское излучение.

Ответ: Да, появление тормозного рентгеновского излучения возможно при взаимодействии потока протонов с атмосферой планеты.

Что защищает нашу планету от солнечной радиации?

Нашу планету от солнечной радиации, особенно от потока заряженных частиц (солнечного ветра), защищает комплексная двухуровневая система:
1. Магнитное поле Земли (магнитосфера). Оно действует как первый и основной щит. Магнитосфера отклоняет большую часть летящих к нам заряженных частиц, заставляя их обтекать Землю. Часть частиц захватывается магнитным полем и движется вдоль его силовых линий к полюсам, где их взаимодействие с атмосферой вызывает полярные сияния.
2. Атмосфера Земли. Она служит вторым эшелоном защиты. Те частицы, что все же прорвались сквозь магнитосферу, а также жесткое электромагнитное излучение Солнца (рентгеновское и ультрафиолетовое) поглощаются в верхних слоях атмосферы. При столкновениях с атомами и молекулами газов частицы теряют свою энергию, которая идет на ионизацию и нагрев атмосферы, и не достигают поверхности планеты.

Ответ: От солнечной радиации нашу планету защищают её магнитное поле (магнитосфера) и атмосфера.