Global EE

Тепловые Явления — Задание 19 ОГЭ по физике №00040151

Задание №19. Качественная Задача

Тепловые Явления

№2. Задание 19

ID: 00040151

В таблице ниже приведены сравнительные физические характеристики для двух планет Солнечной системы – Меркурия и Марса. Планета Среднее расстояние от Солнца, млн км Масса, % от массы Земли Ускорение свободного падения, $\dfrac{м}{с^{2}}$ Температура у поверхности, °С Атмосфера Меркурий 58 5,5 3,77 от −190 ° C до +430 ° C Практически отсутствует Марс 228 10,7 3,71 от –153 ° C до +35 ° C Среднее атмосферное давление составляет 0,4–0,87 кПа Марс, в отличие от Меркурия, не растерял полностью свою атмосферу в космосе. Чем объясняется это различие? Ответ поясните.

Источник: ФИПИ

Решение

Что дано (из таблицы)

  • расстояние от Солнца: Меркурий — 58 млн км, Марс — 228 млн км (Марс почти вчетверо дальше);
  • ускорение свободного падения: 3,77 м/с² и 3,71 м/с² — практически одинаковое;
  • температура у поверхности: Меркурий от −190 °C до +430 °C, Марс от −153 °C до +35 °C;
  • атмосфера: у Меркурия практически отсутствует, у Марса есть, хотя и очень разреженная (0,4–0,87 кПа).

Идея

Планета удерживает атмосферу силой тяготения. Молекула газа улетит в космос, если её скорость превысит вторую космическую — ту, при которой тело навсегда покидает планету. Значит, состязаются две вещи:

  • насколько сильно планета притягивает газ (за это отвечает $g$ у поверхности и масса планеты);
  • насколько быстро движутся молекулы газа (за это отвечает температура).

Проверяем первое: тяготение

Заглядываем в таблицу: $g$ у Меркурия 3,77 м/с², у Марса 3,71 м/с² — у Меркурия даже чуть больше. Значит объяснить «Меркурий слабее притягивает» не получается: по силе тяжести у поверхности планеты практически равны.

Проверяем второе: температура

А вот здесь разница огромная. Меркурий вчетверо ближе к Солнцу, и его освещённая сторона раскаляется до +430 °C, тогда как на Марсе максимум +35 °C.

Температура — это мера средней кинетической энергии беспорядочного движения молекул: чем горячее газ, тем быстрее носятся его молекулы. На раскалённом Меркурии скорости молекул огромны, и у заметной их части они превышают вторую космическую скорость — такие молекулы одна за другой покидают планету. За миллиарды лет газ «испарился» в космос почти полностью.

На Марсе температура намного ниже, молекулы движутся медленнее, лишь малая их доля способна преодолеть притяжение, — поэтому атмосфера сохранилась, пусть и очень разреженная. Помогает и то, что масса Марса вдвое больше массы Меркурия (10,7 % против 5,5 % массы Земли), а значит удержать газ ему проще.

Вывод

Марс сохранил атмосферу потому, что он далеко от Солнца и холоден: тепловые скорости молекул его газа малы по сравнению со второй космической. Меркурий же при почти том же тяготении раскалён Солнцем, и быстрые молекулы его атмосферы улетели в космос.

Ответ

Различие объясняется температурой у поверхности, а не силой тяготения: ускорения свободного падения у планет почти одинаковы (3,77 и 3,71 м/с²), но Меркурий втрое ближе к Солнцу и раскаляется до +430 °C, тогда как на Марсе не выше +35 °C. Чем выше температура, тем больше средняя скорость молекул газа; на горячем Меркурии она у многих молекул превышает вторую космическую, и газ улетучивается в космос, а на холодном Марсе молекулы движутся медленнее, и планета свою разреженную атмосферу удерживает.
Другие задания по теме «Тепловые Явления» (8)