Как и все тела, молекулы газов, входящих в состав воздушной оболочки Земли, притягиваются к Земле.
Но почему же тогда все они не упадут на поверхность Земли? Каким образом сохраняется воздушная оболочка Земли, ее атмосфера? Чтобы понять это, надо учесть, что молекулы газов, составляющих атмосферу, находятся в непрерывном и беспорядочном движении. Но тогда возникает другой вопрос: почему эти молекулы не улетают в мировое пространство?
Для того чтобы совсем покинуть Землю, молекула, как и космический корабль или ракета, должна иметь скорость не меньше 11,2 км/с. Это так называемая вторая космическая скорость. Средняя же скорость молекул воздушной оболочки Земли значительно меньше этой космической скорости. Поэтому большинство их и «привязано» к Земле силой тяжести.
Беспорядочное движение молекул и действие на них силы тяжести приводят в результате к тому, что молекулы газов «парят» в пространстве около Земли, образуя свободную воздушную оболочку, или атмосферу.
Измерения показывают, что плотность воздуха быстро уменьшается с высотой. Так, на высоте 5,5 км над Землей плотность воздуха в 2 раза меньше его плотности у поверхности Земли, на высоте 11 км — в 4 раза меньше и т. д. Чем выше, тем воздух разреженнее. И наконец, в самых верхних слоях (сотни и тысячи километров над Землей) атмосфера постепенно переходит в безвоздушное пространство. Четкой границы атмосфера не имеет. На рисунке 114 схематически показана картина распределения молекул газов в атмосфере Земли.
Строго говоря, вследствие действия силы тяжести плотность газа в любом закрытом сосуде неодинакова по всему объему сосуда. Внизу сосуда плотность газа больше, чем в верхних его частях, поэтому и давление сосуде неодинаково: на дне оно больше, чем вверху. Однако это различие в плотности и давлении газа, содержащегося в сосуде, столь мало, что его можно во многих случаях совсем не учитывать. Но для атмосферы, простирающейся на несколько тысяч километров, различие это существенно.
Вопросы. 1. Почему молекулы газов, входящих в состав атмосферы, не падают на Землю под действием силы тяжести? 2. Почему молекулы газов, входящих в состав атмосферы, двигаясь во все стороны, не покидают Землю? 3. Как изменяется плотность атмосферы с увеличением высоты?
Упражнения. 1. На рисунке 116 изображен прибор ливер, служащий для взятия проб различных жидкостей, Ливер опускают в жидкость, затем закрывают пальцем верхнее отверстие и вынимают из жидкости. Когда верхнее отверстие ливера открывают, из него начинает вытекать жидкость. Проделайте опыт и объясните действие этого прибора. 2. Пипетка — прибор для получения капель жидкости (рис. 116). Проделайте с пипеткой опыт и объясните ее действие.3. Какое физическое явление мы используем, набирая чернила в автоматическую ручку? 4. Автоматическая поилка для птиц (рис. 117) состоит из бутылки, наполненной водой и опрокинутой в корытце тан, что горлышко находится немного ниже уровня воды в корытце. Почему вода не выливается из бутылки? Если уровень воды в корытце понизится, и горлышко бутылки выйдет из воды, часть воды из бутылки выльется. Почему? Когда прекратится вытекание воды из бутылки? Изготовьте такой прибор и проделайте с ним указанные опыты. 5. Предполагают, что Луна когда-то была окружена атмосферой, но постепенно потеряла ее. Чем это можно объяснить?