КП: Энергия падения метеорита — различия между версиями

Версия 19:28, 3 июня 2013

Курсовой проект по Теоретической механике

Исполнитель: Осокина Алена

Группа: 07 (20510)

Семестр: весна 2013

Аннотация проекта

Проект посвящён исследованию энергии, выделяющейся при падении меторита в сопоставлении с другими наиболее известными источниками энергии высоких порядков.

Постановка задачи

1) Сравнить энергию, выделившуюся при столкновении метеорита с Землей с энергией ядерного распада.
2) Сравнить её же с энергией термоядерных реакций.
3) Установить, какие параметры вносят наибольший вклад в то, насколько большой будет выделившаяся энергия (высота падения, масса метеорита, etc)

Общие сведения по теме

Согласно теории относительности, масса представляет собой особую форму энергии, о чем и свидетельствует известная формула Эйнштейна [math]E =mc^2[/math]. Из нее следует возможность преобразования массы в энергию и энергии в массу. В частности, часть массы атомного ядра может превращаться в энергию, и происходит это двумя путями. Во-первых, крупное ядро может распасться на несколько мелких — такой процесс называется реакцией распада. Во-вторых, несколько более мелких ядер могут объединиться в одно более крупное — это так называемая реакция синтеза. Реакции ядерного синтеза во Вселенной распространены очень широко — достаточно упомянуть, что именно из них черпают энергию звезды. Ядерный распад сегодня служит одним из основных источников энергии для человечества — он используется на атомных электростанциях. И при реакции распада, и при реакции синтеза совокупная масса продуктов реакции меньше совокупной массы реагентов. Эта-то разница в массе и преобразуется в энергию по формуле [math]E = mc^2[/math]

Решение

Рассмотрим падение метеорита весом в 1 кг со 2-ой космической скоростью.

Энергию, выделившуюся при падении метеорита можно считать равной кинетической энергии:

([math]v[/math] — 2-ая космическая скорость=11,2 км/с)

[math] E=\frac{(mv^2)}{2}[/math]

[math] E=8,12\cdot 10^8[/math] Дж.

Энергия распада урана: рассмотрим реакцию деления ядра урана-235. Ядро делится на два или 3 осколка (зависит от типа реакции)с меньшей суммарной массой с испусканием двух или трёх нейтронов.

Масса атома урана:235,043929 а.е.м.

Энергия связи в зависимости от атомного номера

У этих ядер, как видно из таблицы, приведённой выше, удельная энергия связи порядка 8,5 МэВ/нуклон. Удельная энергия связи ядра урана 7,6 МэВ/нуклон. Следовательно, при делении ядра урана выделяется энергия, равная 0,9 МэВ/нуклон или около 205 МэВ на один атом урана, что составляет порядка 1 процента от массы атома урана.

Пример: Реакция деления ядра урана-235 при столкновении с медленным нейтроном.

Энергия распада урана: [math]E=\Delta m\cdot c^2[/math],

где [math]\Delta m[/math] — дефект масс (разность масс ядра и типичных продуктов распада).

Коэффициент взаимосвязи массы и энергии —

с2 = E/m = 8,9874 • 1016 Дж/кг = 931,5 МэВ/а. е. м.

При этом масса целого ядра до деления больше массы получившихся осколков. Разница составляет примерно 0.1 % массы разделившегося ядра, следовательно, в энергию переходит 0,1 % от первоначальной массы, т.е.,в рассматриваемом случае, 0, 001 кг.

[math]\Delta m[/math] для урана-235 = [math]40 920,5 [/math] КэВ.

Тогда для ядерной реакции: [math]E=5,9\cdot 10^5[/math] Дж.

Обсуждение результатов и выводы

Как видно из результатов, приведённых выше, энергия, выделившаяся при падении метеорита массой в 1 кг со 2-ой космической скоростью будет на 3 порядка выше, чем энергия ядерного распада 1 кг урана-235.

Для сравнения: энергия взрыва — от 13 до 18 килотонн в тротиловом эквиваленте. Энергия падения метеорита массой в 1 кг — [math]19,4\cdot 10^{-5}[/math] килотонн. Соответственно, при столкновении с Землёй метеорита массой в 100 т произойдёт взрыв, превышающий по значению выделившейся энергии взрыв бомбы в Хиросиме. [[1]]

Ссылки по теме

• Новости науки и техники (падение метеорита под Челябинском)
• [[2]]

См. также

• Справочная информация
• Курсовые проекты 2012
• Курсовые проекты 2013