Задачи › Основное уравнение МКТ

Спутник в разреженной атмосфере

  1. Спутник в разреженной атмосфере

    Физтех 2024/25, 11 кл.
    4/10

    Космический аппарат с площадью поперечного сечения \(S=5\text{ м}^2\) движется со скоростью \(V=8\text{ км/с}\) в верхних слоях атмосферы, где давление \(P=2{,}4\text{ Па}\), среднеквадратичная скорость молекул воздуха \(\sqrt{\langle v^2\rangle}=463\text{ м/с}\). Считайте, что на рассматриваемых высотах молярная масса воздуха \(29\ \dfrac{\text{г}}{\text{моль}}\).

    Найдите число столкновений космического аппарата с молекулами воздуха за время \(\tau=3\text{ с}\). Далее число столкновений разделите на \(6\times10^{23}\), полученное от деления частное округлите до целого числа и приведите в ответе.

    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Подсказка

    Концентрацию молекул найдите из основного уравнения молекулярно-кинетической теории. Затем сосчитайте, сколько молекул попадает на площадку \(S\) за время \(\tau\), если аппарат движется со скоростью \(V\).

    Ответ

    \(\dfrac{N}{N_A}=\dfrac{3PSV\tau}{\mu\langle v^2\rangle}\approx138{,}98\); после деления на \(6\cdot10^{23}\) получаем \(\approx139\).

    Решение

    Основное уравнение МКТ \(P=\dfrac13 nm\langle v^2\rangle\) даёт концентрацию \[n=\frac{3P}{m\langle v^2\rangle}=\frac{N_A\cdot3P}{\mu\langle v^2\rangle},\] где \(m\) — масса молекулы, \(\mu\) — молярная масса, \(N_A\) — число Авогадро. Число соударений за время \(\tau\) равно \(N=nSV\tau\), поэтому \[\frac{N}{N_A}=\frac{3PSV\tau}{\mu\langle v^2\rangle}.\]

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи