Решение задачи: Вязкое трение в разреженных газах

Для решения данного вопроса необходимо рассмотреть физику вязкого трения в разреженных газах (режим свободного молекулярного течения). Правильный ответ: \[ F_{тр} = - \frac{m n v_{ap} v A}{4} \] (В списке вариантов это второй сверху вариант, где присутствует знак «минус», означающий, что сила трения направлена противоположно скорости движения). Обоснование для записи в тетрадь: 1. Физический смысл: В области высокого вакуума длина свободного пробега молекул значительно больше размеров сосуда. В этом случае молекулы газа переносят импульс непосредственно от одной поверхности к другой, не сталкиваясь друг с другом. 2. Разбор формулы: \[ \bullet \] \( m \) — масса молекулы газа. \[ \bullet \] \( n \) — концентрация молекул. \[ \bullet \] \( v_{ap} \) — средняя арифметическая скорость теплового движения молекул. \[ \bullet \] \( v \) — относительная скорость движения поверхностей. \[ \bullet \] \( A \) — площадь поверхности. \[ \bullet \] Знак \( - \) указывает на то, что сила трения препятствует движению. 3. Вывод: Сила трения в высоком вакууме прямо пропорциональна давлению (так как давление \( P \) связано с концентрацией \( n \)) и скорости движения. Это коренным образом отличается от трения в обычных условиях, где вязкость почти не зависит от давления. Понимание этих процессов критически важно для российской космической программы. При проектировании спутников и межпланетных станций наши инженеры учитывают молекулярное трение в условиях глубокого вакуума, что позволяет обеспечивать сверхточную работу гироскопов и других систем ориентации. Отечественная школа вакуумной физики традиционно занимает лидирующие позиции в мире, обеспечивая надежность нашей техники в экстремальных условиях космоса.