Week 10 · 2-1 Components and Layers (B): ionosphere, aurora, exosphere, escape velocity and Mercury; 2-2 Chemical Reactions in the Atmosphere: ultraviolet rays, ozone formation, ozone depletion and its effects, protection measures, ozone in the troposphere · 3 lessons
2
سرعة الإفلات: لماذا تحتفظ الأرض بهوائها
Integrated Science Sec 1 Term 1, Unit 2: pp. 73–83
الهدفأشرح سرعة الإفلات، وأستخدم القاعدة المبسطة لأقول لماذا تحتفظ الأرض بمعظم هوائها ولا يحتفظ به عطارد.
كلمات جديدة
سرعة الإفلات · السرعة اللازمة لجسم كي يفلت من جاذبية كوكب؛ نحو ١١٫٢ km/s للأرضالسرعة الفعالة (Vrms) · سرعة نموذجية لجزيئات غازالجاذبية · قوة جذب الكوكب لكل ما حوله
الشرح
تتحرك جزيئات الغاز بسرعة كبيرة. وسرعتها الفعالة Vrms أكبر كلما كانت الجزيئات أخف وكلما ارتفعت الحرارة. وللخروج من كوكب يجب أن يبلغ الجسم، أيًّا كانت كتلته، سرعة الإفلات Ve وهي قيمة ثابتة لذلك الكوكب. وللأرض تبلغ Ve نحو ١١٫٢ km/s أي نحو ٤٠ ٣٠٠ km/h. وقاعدة الكتاب المبسطة: إذا كانت Vrms أقل من Ve احتفظ الكوكب بالغاز؛ وإذا كانت Vrms تساوي Ve أو تزيد عليها انجرف الغاز إلى الفضاء. وهذا نموذج أولي فقط. ففي الواقع يفقد الكوكب غازًا ببطء عبر زمن طويل حتى لو كانت Vrms أقل بكثير من Ve، ولذلك تغادر الأرض غازات خفيفة مثل الهيدروجين والهيليوم. أما عطارد، أصغر الكواكب، فجاذبيته ضعيفة وتسخينه شديد نهارًا، فلا يحتفظ إلا بغلاف جوي ضئيل جدًا؛ ولأنه لا شيء يحبس الحرارة فإنه يبرد بسرعة في الليل. ولا يفلت الغاز لمجرد أنه «خفيف»: ففي درجة الحرارة نفسها تتحرك الجزيئات الأخف أسرع فقط.
الحالة
Vrms
Ve
هل يحتفظ الكوكب بالغاز؟
A
2 km/s
11.2 km/s
نعم
B
12 km/s
11.2 km/s
لا
C
11.2 km/s
11.2 km/s
لا، بقاعدة الكتاب
أمثلة محلولة
غاز له Vrms = ٠٫٥ km/s على كوكب Ve فيه = ٤ km/s. نقارن: ٠٫٥ < ٤ فيحتفظ الكوكب بالغاز بحسب القاعدة المبسطة. ولو كانت Vrms للغاز نفسه = ٥ km/s فإن ٥ > ٤ وينجرف الغاز بعيدًا.
غيّر الوحدات. سرعة الإفلات من الأرض ١١٫٢ km/s. في الساعة ٣٦٠٠ s، فالسرعة ١١٫٢ × ٣٦٠٠ = ٤٠ ٣٢٠ km/h. وفي ١٠ s يقطع الجسم بهذه السرعة ١١٫٢ × ١٠ = ١١٢ km.
لماذا لا تكفي كرة تُرمى في العراء بعيدًا عن النوافذ لمغادرة الأرض؟ حتى الرمية القوية جدًا لا تبلغ سوى بضع عشرات الأمتار في الثانية، أي أقل بآلاف المرات من ١١ ٢٠٠ m/s، فتعيدها الجاذبية. وكلما اشتدت الرمية ارتفعت الكرة أكثر لكنها تعود.
نشاط الفصل
في العراء بعيدًا عن النوافذ والناس وبمساعدة أحد الكبار: ارمِ كرة ناعمة برفق ثم بقوة إلى أعلى، ولاحظ أيهما يرتفع أكثر وكم تبقى كل منهما في الهواء. اكتب أن الرمية الأقوى تصعد أعلى لكن الكرتين تسقطان. ثم اكتب لماذا لا تستطيع أي رمية عادية بلوغ ١١٫٢ km/s.
تدرّب
1
ما سرعة الإفلات؟
السرعة اللازمة لجسم كي يفلت من جاذبية كوكب؛ نحو ١١٫٢ km/s للأرض.
2
غاز له Vrms = ٩ km/s وكوكب Ve فيه = ٦ km/s. بحسب قاعدة الكتاب، هل يحتفظ الكوكب به؟
لا، لأن ٩ أكبر من ٦.
3
أي جزيئات الغاز تتحرك أسرع في درجة الحرارة نفسها، الخفيفة أم الثقيلة؟
الأخف.
4
اذكر سببين لاحتفاظ عطارد بغلاف جوي ضئيل جدًا فقط بحسب الكتاب.
هو أصغر الكواكب فجاذبيته ضعيفة، والتسخين الشديد نهارًا يجعل جزيئات الغاز سريعة فتنجرف بعيدًا.