>> Presiune ușoară

§ 91 LUMINA DE PRESIUNE

Maxwell, bazat pe teoria electromagnetică a luminii, a prezis că lumina ar trebui să exercite presiune asupra obstacolelor.

Sub influenta câmp electric undă incidentă pe suprafața unui corp, cum ar fi un metal, un electron liber se mișcă în direcția opusă vectorului (Fig. 11.7). Un electron în mișcare este afectat de forța Lorentz îndreptată în direcția de propagare a undei. Puterea totală, care acționează asupra electronilor suprafeței metalice și determină forța presiunii ușoare.

Pentru a demonstra validitatea teoriei lui Maxwell, a fost important să se măsoare presiunea luminii. Mulți oameni de știință au încercat să facă acest lucru, dar fără succes, deoarece presiunea luminii este foarte scăzută. Într-o zi însorită strălucitoare, o forță egală cu doar 4 10 -6 N acționează pe o suprafață cu o suprafață de 1m 2. Presiunea luminii a fost măsurată pentru prima dată de fizicianul rus Pyotr Nikolaevich Lebedev în 1900.

Lebedev Petr Nikolaevici (1866-1912)- Fizician rus care a măsurat pentru prima dată presiunea luminii asupra solidelor și gazelor. Aceste lucrări au confirmat cantitativ teoria lui Maxwell. În efortul de a găsi noi dovezi experimentale pentru teoria electromagnetică a luminii, el a primit unde electromagnetice cu lungimi de undă milimetrică și a investigat toate proprietățile acestora. Creat primul în Rusia scoala fizica. Mulți oameni de știință sovietici remarcabili au fost studenții săi. Institutul de Fizică al Academiei de Științe a URSS (FIAN) poartă numele lui Lebedev.

Dispozitivul lui Lebedev consta dintr-o tijă foarte ușoară pe un fir de sticlă subțire, dar aripi ușoare erau lipite de margini (Fig. 11.8). Întregul dispozitiv a fost plasat într-un vas, de unde a fost pompat aerul. Lumina a căzut pe aripile situate pe o parte a tijei. Valoarea presiunii poate fi judecată după unghiul de răsucire al firului. Dificultățile de măsurare precisă a presiunii luminii au fost asociate cu imposibilitatea de a pompa întreg aerul din vas (mișcarea moleculelor de aer, cauzată de încălzirea inegală a aripilor și a pereților vasului, duce la cupluri suplimentare). În plus, răsucirea firului este afectată de încălzirea neuniformă a părților laterale ale aripilor (partea îndreptată spre sursa de lumină se încălzește mai mult decât partea opusă). Moleculele care se reflectă pe partea mai fierbinte oferă mai mult impuls aripioarei decât moleculele care se reflectă pe partea mai rece.

Lebedev a reușit să depășească toate aceste dificultăți, în ciuda nivel scăzut tehnica experimentală de atunci, luând un vas foarte mare și aripi foarte subțiri. În cele din urmă a fost dovedită și măsurată existența presiunii ușoare asupra solidelor. Valoarea obţinută a coincis cu cea prezisă de Maxwell. Ulterior, după trei ani de muncă, Lebedev a reușit să efectueze un experiment și mai subtil: să măsoare presiunea luminii asupra gazelor.

Apariția teoriei cuantice a luminii a făcut posibilă explicarea mai simplă a cauzei presiunii luminii. Fotonii, ca și particulele de materie care au o masă în repaus, au impuls. Când sunt absorbite de corpul lor, își transferă impulsul către acesta. Conform legii conservării impulsului, impulsul corpului devine egal cu impulsul fotonilor absorbiți. Prin urmare, un corp în repaus începe să se miște. O modificare a impulsului unui corp înseamnă, conform celei de-a doua legi a lui Newton, că o forță acționează asupra corpului.

Experimentele lui Lebedev pot fi considerate ca dovezi experimentale că fotonii au impuls.

Deși presiunea ușoară este foarte mică în condiții normale, efectul ei poate fi totuși semnificativ. În interiorul stelelor la o temperatură de câteva zeci de milioane de Kelvin, presiunea radiației electromagnetice trebuie să atingă valori enorme. Forțele ușoare de presiune, împreună cu forțele gravitaționale, joacă un rol semnificativ în procesele interstelare.

Conform electrodinamicii lui Maxwell, presiunea luminii apare din cauza acțiunii forței Lorentz asupra electronilor mediului, care oscilează sub acțiunea unui câmp electric. unde electromagnetice. Din punctul de vedere al teoriei cuantice, presiunea apare ca urmare a transferului impulsurilor fotonice către organism în timpul absorbției acestora.

Myakishev G. Ya., Fizică. Clasa a 11-a: manual. pentru învăţământul general instituţii: de bază şi de profil. niveluri / G. Ya. Myakishev, B. V. Bukhovtsev, V. M. Charugin; ed. V. I. Nikolaev, N. A. Parfenteva. - Ed. a XVII-a, revizuită. si suplimentare - M.: Educaţie, 2008. - 399 p.: ill.

Descărcați manuale la toate disciplinele, elaborarea planurilor de lecție pentru profesori, Fizică și astronomie pentru clasa a 11-a online

Conținutul lecției rezumatul lecției suport cadru prezentarea lecției metode accelerative tehnologii interactive Practică sarcini și exerciții ateliere de autoexaminare, traininguri, cazuri, quest-uri teme pentru acasă întrebări discuții întrebări retorice de la elevi Ilustrații audio, clipuri video și multimedia fotografii, imagini grafice, tabele, scheme umor, anecdote, glume, pilde cu benzi desenate, proverbe, cuvinte încrucișate, citate Suplimente rezumate articole jetoane pentru curioase cheat sheets manuale de bază și glosar suplimentar de termeni altele Îmbunătățirea manualelor și lecțiilorcorectarea erorilor din manual actualizarea unui fragment din manualul elementelor de inovare la lecție înlocuirea cunoștințelor învechite cu altele noi Doar pentru profesori lecții perfecte planul calendaristic pentru anul instrucțiuni programe de discuții Lecții integrate

Acest tutorial video este dedicat subiectului „Presiunea luminii. experimentele lui Lebedev. Experimentele lui Lebedev au făcut o impresie uriașă asupra lumii științifice, deoarece datorită lor s-a măsurat pentru prima dată presiunea luminii și s-a dovedit validitatea teoriei lui Maxwell. Cum a făcut-o? Răspunsul la aceasta și la multe altele intrebari interesante legate de teoria cuantică a luminii, puteți învăța din această lecție fascinantă de fizică.

Tema: Presiune ușoară

Lecție: Presiune ușoară. experimentele lui Lebedev

Pentru prima dată, ipoteza existenței presiunii ușoare a fost înaintată de Johannes Kepler în secolul al XVII-lea pentru a explica fenomenul cozilor de cometă atunci când zboară în apropierea Soarelui.

Maxwell, bazat pe teoria electromagnetică a luminii, a prezis că lumina ar trebui să exercite presiune asupra unui obstacol.

Sub acțiunea câmpului electric al undei, electronii din corpuri oscilează - se formează electricitate. Acest curent este direcționat de-a lungul intensității câmpului electric. Electronii în mișcare ordonată sunt afectați de forța Lorentz din lateral camp magnetic, îndreptată în direcția de propagare a undei - aceasta este forță de presiune ușoară(Fig. 1).

Orez. 1. Experimentul lui Maxwell

Pentru a demonstra teoria lui Maxwell, a fost necesar să se măsoare presiunea luminii. Pentru prima dată, presiunea ușoară a fost măsurată de fizicianul rus Pyotr Nikolaevich Lebedev în 1900 (Fig. 2).

Orez. 2. Petr Nikolaevici Lebedev

Orez. 3. Dispozitiv Lebedev

Dispozitivul lui Lebedev (Fig. 3) constă dintr-o tijă ușoară pe un fir de sticlă subțire, de-a lungul marginilor căreia sunt atașate aripi ușoare. Întregul dispozitiv a fost plasat într-un vas de sticlă, din care aerul a fost pompat. Lumina cade pe aripile situate pe o parte a tijei. Valoarea presiunii poate fi judecată după unghiul de răsucire al firului. Dificultatea de a măsura cu precizie presiunea luminii s-a datorat faptului că era imposibil să pompați tot aerul din vas. În timpul experimentului, a început mișcarea moleculelor de aer, cauzată de încălzirea inegală a aripilor și a pereților vasului. Aripile nu pot fi atârnate absolut vertical. Fluxurile de aer încălzite se ridică, acționează asupra aripilor, ceea ce duce la cupluri suplimentare. De asemenea, răsucirea firului este afectată de încălzirea neuniformă a părților laterale ale aripilor. Partea îndreptată spre sursa de lumină se încălzește mai mult decât partea opusă. Moleculele care sară pe partea mai fierbinte conferă mai mult impuls aripioarei.

Orez. 4. Dispozitiv Lebedev

Orez. 5. Dispozitiv Lebedev

Lebedev a reușit să depășească toate dificultățile, în ciuda nivelului scăzut de tehnologie experimentală la acel moment. A luat un vas foarte mare și aripi foarte subțiri. Aripa era formată din două perechi de cercuri subțiri de platină. Unul dintre cercurile fiecărei perechi era strălucitor pe ambele părți. Celelalte părți aveau o față acoperită cu negru platină. În același timp, ambele perechi de cercuri diferă în grosime.

Pentru a exclude curenții de convecție, Lebedev a direcționat fascicule de lumină către aripi dintr-o parte sau cealaltă. Astfel, forțele care acționau asupra aripilor au fost echilibrate (Fig. 4-5).

Orez. 6. Dispozitiv Lebedev

Orez. 7. Dispozitiv Lebedev

Astfel, presiunea luminii asupra corpurilor solide a fost dovedită și măsurată (Fig. 6-7). Valoarea acestei presiuni a coincis cu presiunea prezisă de Maxwell.

Trei ani mai târziu, Lebedev a reușit să facă un alt experiment - să măsoare presiunea luminii asupra gazelor (Fig. 8).

Orez. 8. Instalatie pentru masurarea presiunii luminii asupra gazelor

Lord Kelvin: „Poate că știi că toată viața mea m-am luptat cu Maxwell, fără a-i recunoaște presiunea ușoară, iar acum Lebedev al tău m-a forțat să mă predau înaintea experimentelor sale.”

Apariția teoriei cuantice a luminii a făcut posibilă explicarea mai simplă a cauzei presiunii luminii.

Fotonii au impuls. Când sunt absorbite de corpul lor, își transferă impulsul către acesta. O astfel de interacțiune poate fi privită ca un impact absolut inelastic.

O forță acționează pe suprafață de la fiecare foton:

Presiune ușoară pe suprafață:

Interacțiunea unui foton cu suprafața oglinzii

În cazul acestei interacțiuni se obține o interacțiune absolut elastică. Când un foton cade pe o suprafață, acesta este reflectat de ea cu aceeași viteză și impuls cu care a căzut pe această suprafață. Schimbarea impulsului va fi de două ori mai mare decât atunci când un foton cade pe o suprafață neagră, presiunea luminii se va dubla.

În natură, nu există substanțe a căror suprafață ar absorbi sau reflecta complet fotonii. Prin urmare, pentru a calcula presiunea luminii asupra corpurilor reale, este necesar să se țină cont de faptul că unii dintre fotoni vor fi absorbiți de acest corp, iar unii vor fi reflectați.

Experimentele lui Lebedev pot fi considerate ca dovezi experimentale că fotonii au impuls. Deși în condiții normale presiunea ușoară este foarte mică, efectul acesteia poate fi semnificativ. Pe baza presiunii Soarelui, a fost dezvoltată o pânză pentru nave spațiale, care vă va permite să vă deplasați în spațiu sub presiunea luminii (Fig. 11).

Orez. 11. Navă spațială naviga

Presiunea luminii, conform teoriei lui Maxwell, apare ca urmare a acțiunii forței Lorentz asupra electronilor care fac mișcări oscilatorii sub influența câmpului electric al unei unde electromagnetice.

Din punctul de vedere al teoriei cuantice, presiunea luminii apare ca urmare a interacțiunii fotonilor cu suprafața pe care cad.

Calculele efectuate de Maxwell au coincis cu rezultatele pe care le-a produs Lebedev. Acest lucru demonstrează în mod clar dualismul undelor cuantice al luminii.

Experimentele lui Crookes

Lebedev a descoperit pentru prima dată presiunea luminii experimental și a reușit să o măsoare. Experimentul a fost incredibil de dificil, dar există o jucărie științifică - experimentul Crookes (Fig. 12).

Orez. 12. Experimentul Crookes

O elice mică, formată din patru petale, este situată pe ac, care este acoperit cu un capac de sticlă. Dacă această elice este iluminată cu lumină, începe să se rotească. Dacă te uiți la această elice în aer liber, când vântul bate pe ea, rotirea ei nu ar surprinde pe nimeni, dar în acest caz, cupola de sticlă nu permite curenților de aer să acționeze asupra elicei. Prin urmare, cauza mișcării sale este lumina.

Fizicianul englez William Crookes a creat accidental primul filator usor.

În 1873, Crookes a decis să determine greutatea atomică a elementului Taliu și să o cântărească cu o scale precise. Pentru a preveni curenții aleatori de aer să distorsioneze imaginile de cântărire, Crookes a decis să atârne culbutorii în vid. Am făcut-o și am rămas uimit, deoarece solzii ei cei mai subțiri erau sensibili la căldură. Dacă sursa de căldură se afla sub obiect, își reducea greutatea, dacă deasupra, o creștea.

După ce a îmbunătățit această experiență accidentală a lui, Crookes a venit cu o jucărie - un radiometru (moară de lumină). Radiometrul Crookes este un rotor cu patru pale echilibrat pe un ac în interiorul unui bec de sticlă cu un ușor vid. Când un fascicul de lumină lovește lama, rotorul începe să se rotească, ceea ce uneori este explicat incorect de o presiune ușoară. De fapt, cauza torsii este efectul radiometric. Apariția unei forțe de respingere datorită diferenței de energii cinetice a moleculelor de gaz incidente pe partea consacrată (încălzită) a lamei și pe partea opusă neluminată (mai rece).

  1. Presiunea luminii și presiunea circumstanțelor ().
  2. Piotr Nikolaevici Lebedev ().
  3. Radiometru Crookes ().

„Presiunea Grad 7” – Actualizarea cunoștințelor elevilor. Modalități de creștere și scădere a presiunii. Privește pe fereastră în depărtare timp de 1 minut. E timpul să iei dietă! Punerea fundației clădirii. Creșterea presiunii în natură. Greutate corporala. Dinți de crocodil. Calea ferata. Repetați de 5 ori. Ce va răspunde iepurașul calului? Forță elastică. Înainte de a continua cu rezolvarea problemelor, vom efectua „Gimnastica pentru ochi”.

Explică de ce pastă de dinţi Este ușor de stors din tub? 1. Actualizarea cunoștințelor de bază. Subiect: Rezolvarea problemelor pe tema: „Presiunea solidelor, lichidelor și gazelor”. Pentru a promova educarea ideii de viziune asupra lumii despre cunoașterea fenomenelor și proprietăților lumii înconjurătoare. Definiți presiunea în solide.

„Fenomene luminoase” - Eclipsa de luna. Cum se propagă lumina într-un mediu omogen? Cum se numește linia de-a lungul căreia se mișcă corpul? De ce conceptele de „odihnă” și „mișcare” sunt relative? În câte culori se descompune lumina albă? Un plin eclipsă de soare. Răsăritul și apusul soarelui sunt fenomene luminoase. Ce este reflexia? Numiți fenomenele luminii.

„Presiune ușoară” - care acționează asupra curentului. – Coeficientul de reflexie de la o suprafață dată. Sfârșitul prelegerii pe această temă. Momentul furnizat de 1 m2 dintr-o suprafață absolut absorbantă în 1 s este egal cu. Vectori. Sub influența forței. Începutul secolului al XVII-lea Rândurile se deplasează într-o mișcare direcționată de-a lungul suprafeței, formând un curent de suprafață I.

„Explicarea fenomenelor electrice” – Ebonită. Mini - conferinta privind protectia proiectelor. Atomi. Dacă este încărcată, care este semnul mingii? Corpurile sunt compuse. Dielectrice. Justificați răspunsul. Obiectivul principal al lecției Electron. De ce electronii trec de la lână la ebonită și nu invers? Explicarea fenomenelor electrice. Rezultatele lecției. Proton. Corp. Lână.

„Fenomene luminoase în fizică” – O eclipsă totală de soare adună mulți oameni de știință și turiști. 1704: Optica. Lumina este un flux de particule. Eclipsa poate fi observată doar în anumite puncte. suprafața pământului. Spectrul poate fi văzut și pe un disc laser obișnuit. Fotografii personale utilizate în prezentare. Sursele de lumină pot fi naturale sau artificiale.

Teoria cuantică a luminii explică presiunea luminii ca rezultat al transferului de impuls de către fotoni către atomi sau molecule de materie.

Lăsați pe suprafața pătratului S normal pentru ea în fiecare secundă cade

N frecvența fotonilor v . Fiecare foton are impuls hv/c . Dacă

R este coeficientul de reflexie al suprafeței, atunci pN fotonii vor fi reflectați de la suprafață, ( 1-p) N fotonii sunt absorbiți.

Fiecare cuantă de lumină absorbită va conferi un impuls suprafeței hv/c , iar fiecare reflectat este un impuls [(hv/c) - (-hv/c)] = 2hv/c , deoarece atunci când este reflectat, direcția impulsului fotonului se schimbă în sens opus, iar impulsul transmis de acesta particulelor de materie este 2hv/s . Deplin impulsul primit de suprafaţa corpului va fi

Să calculăm presiunea ușoară. Pentru a face acest lucru, (20.18) împărțim „aripa” pe zona S: (20.19)

Dacă luăm în considerare că hvN/S = Ee, atunci formula (20.19) ia forma

(20.20)

Expresiile (20.17) și (20.20), derivate din punct de vedere electromagnetic și teorii cuantice, se potrivesc.

Experimental, validitatea acestor rezultate a fost dovedită prin experimentele lui P.N. Lebedev.

Presiunea luminii naturale este foarte scăzută. Dacă coeficientul de absorbție al suprafeței este aproape de unitate, atunci presiunea exercitată de razele soarelui asupra unor astfel de suprafețe situate pe Pământ este de aproximativ

5 10 Pa (adică 3,7 10 mmHg) . Această presiune este cu zece ordine de mărime mai mică presiune atmosferică la suprafaţa pământului.

P. N. Lebedev a reușit să măsoare o presiune atât de scăzută doar demonstrând o ingeniozitate și o îndemânare excepționale în configurarea și conducerea unui experiment.

Presiunea ușoară nu joacă niciun rol în fenomenele pe care le întâlnim în viață. Dar în sistemele cosmice și microscopice rolul său este esențial.

În microcosmos, presiunea luminii se manifestă prin puterea de lumină experimentată de un atom excitat atunci când emite lumină. Atracția gravitațională a straturilor exterioare de materie stelară către centrul său este echilibrată de o forță, la care o contribuție semnificativă o aduce presiunea luminii care vine din adâncurile stelei spre exterior.

Acțiunea chimică a luminii

Ca urmare a acțiunii luminii, în unele substanțe apar transformări chimice. - reacții fotochimice . Transformările fotochimice sunt foarte diverse. Sub acțiunea luminii, moleculele complexe se pot descompune în părțile lor constitutive (de exemplu, bromură de argint - în argint și brom) sau. dimpotrivă, se formează molecule complexe (de exemplu, dacă se iluminează un amestec de clor și hidrogen, reacția de formare a clorurii de hidrogen are loc atât de violent încât este însoțită de o explozie).

Multe dintre reacțiile fotochimice joacă un rol important în natură și tehnologie. Principalul este descompunerea fotochimică a dioxidului de carbon care apare sub acţiunea luminii în părţile verzi ale plantelor. Această reacție are de mare valoare, deoarece asigură ciclul carbonului, fără de care existența îndelungată a vieții organice pe Pământ este imposibilă. Ca urmare a activității vitale a animalelor și plantelor (respirație), are loc un proces continuu de oxidare a carbonului (formare CO2 ). Procesul invers de reducere a carbonului are loc sub influența luminii în părțile verzi ale plantelor. Această reacție se desfășoară conform schemei 2CO2 2CO + O2

Reacția fotochimică de descompunere a bromurii de argint stă la baza fotografiei și a tuturor ei științifice și aplicatii tehnice, fenomenul de decolorare a vopselelor, care se reduce în principal la oxidarea fotochimică a acestor vopsele, are un mare importanță pentru a înțelege procesele care au loc în ochiul uman și animal și percepția vizuală subiacentă. Foarte multe reacții fotochimice sunt acum utilizate în producția chimică și astfel capătă o semnificație industrială directă.

Astăzi vom dedica o conversație unui astfel de fenomen precum presiunea luminii. Luați în considerare condițiile preliminare pentru descoperire și consecințele pentru știință.

lumina si culoarea

Misterul abilităților umane a entuziasmat oamenii din cele mai vechi timpuri. Cum vede ochiul? De ce există culori? Care este motivul pentru care lumea este așa cum o percepem? Cât de departe poate vedea o persoană? Experimentele cu descompunerea unei raze solare într-un spectru au fost efectuate de Newton în secolul al XVII-lea. El a pus, de asemenea, o bază matematică strictă într-o serie de fapte disparate care la acea vreme erau cunoscute despre lumină. Și teoria newtoniană a prezis multe: de exemplu, descoperiri pe care doar fizica cuantică le-a explicat (deviația luminii într-un câmp gravitațional). Dar fizica de atunci nu cunoștea și nu înțelegea natura exactă a luminii.

val sau particulă

De când oamenii de știință din întreaga lume au început să pătrundă în esența luminii, a existat o dezbatere: ce este radiația, o undă sau o particulă (corpuscul)? Unele fapte (refracția, reflexia și polarizarea) au confirmat prima teorie. Altele (propagare rectilinie în absența obstacolelor, presiune ușoară) - al doilea. Cu toate acestea, numai fizica cuantică a reușit să calmeze această dispută combinând cele două versiuni într-una comună. afirmă că orice microparticulă, inclusiv un foton, are atât proprietățile unei unde, cât și ale unei particule. Adică, un cuantum de lumină are caracteristici precum frecvența, amplitudinea și lungimea de undă, precum și impulsul și masa. Să facem imediat o rezervare: fotonii nu au masă de repaus. Fiind un cuantum al câmpului electromagnetic, ele transportă energie și masă doar în procesul de mișcare. Aceasta este esența conceptului de „lumină”. Fizica de astăzi a explicat-o suficient de detaliat.

Lungime de undă și energie

Conceptul de „energie valurilor” a fost menționat puțin mai sus. Einstein a demonstrat în mod convingător că energia și masa sunt concepte identice. Dacă un foton transportă energie, trebuie să aibă masă. Cu toate acestea, un cuantum de lumină este o particulă „sprețuită”: atunci când un foton se ciocnește de un obstacol, își renunță complet energie la materie, o devine și își pierde esența individuală. În același timp, anumite circumstanțe (încălzirea puternică, de exemplu) pot face ca interioarele întunecate și calme ale metalelor și gazelor să emită lumină. Momentul unui foton, o consecință directă a prezenței masei, poate fi determinat folosind presiunea luminii. cercetător din Rusia, a dovedit în mod convingător acest fapt uimitor.

experiența lui Lebedev

Omul de știință rus Petr Nikolaevich Lebedev a făcut următorul experiment în 1899. Pe un fir subțire de argint atârnă o bară transversală. La capetele barei transversale, omul de știință a atașat două plăci din aceeași substanță. Acestea erau folie de argint, aur și chiar mică. Astfel, s-au creat un fel de cântare. Numai că au măsurat greutatea nu a încărcăturii care apasă de sus, ci a încărcăturii care apasă din lateral pe fiecare dintre plăci. Lebedev a plasat întreaga structură sub un capac de sticlă, astfel încât vântul și fluctuațiile aleatorii ale densității aerului să nu o poată afecta. Mai mult, aș dori să scriu că a creat un vid sub capac. Dar la acel moment, chiar și un vid mediu era imposibil de realizat. Deci spunem că a creat sub capacul de sticlă puternic Și a iluminat alternativ o farfurie, lăsând-o pe cealaltă în umbră. Cantitatea de lumină direcționată către suprafețe a fost predeterminată. Din unghiul de deviere, Lebedev a determinat ce impuls transmitea lumina plăcilor.

Formule pentru determinarea presiunii radiației electromagnetice la incidența normală a fasciculului

Pentru început, ce este o „cădere normală”? Lumina incide pe o suprafață în mod normal dacă este îndreptată strict perpendicular pe suprafață. Acest lucru impune restricții asupra problemei: suprafața trebuie să fie perfect netedă, iar fasciculul de radiații trebuie direcționat foarte precis. În acest caz, presiunea se calculează:

k este transmisia, ρ este coeficientul de reflexie, I este intensitatea fasciculului de lumină incidentă, c este viteza luminii în vid.

Dar, probabil, cititorul a ghicit deja că o astfel de combinație ideală de factori nu există. Chiar dacă nu ținem cont de idealitatea suprafeței, este destul de dificil să organizăm incidența luminii strict perpendicular.

Formule pentru determinarea presiunii radiației electromagnetice atunci când aceasta cade în unghi

Presiunea luminii pe suprafața unei oglinzi la un unghi este calculată folosind o formulă diferită, care conține deja elemente de vectori:

p= ω ((1-k)i+ρi') cos ϴ

Valorile p, i, i' sunt vectori. În acest caz, k și ρ, ca și în formula anterioară, sunt coeficienții de transmisie și, respectiv, de reflexie. Noile valori înseamnă următoarele:

  • ω - densitatea volumică a energiei radiației;
  • eu si eu' - vectori unitari, care arată direcția fasciculului de lumină incident și reflectat (acestea stabilesc direcțiile în care ar trebui adăugate forțele care acționează);
  • ϴ este unghiul față de normală la care cade raza de lumină (și, în consecință, este reflectată, deoarece suprafața este oglindită).

Reamintim cititorului că normala este perpendiculară pe suprafață, deci dacă problemei i se dă unghiul de incidență a luminii față de suprafață, atunci ϴ este 90 de grade minus valoarea dată.

Aplicarea fenomenului de presiune a radiațiilor electromagnetice

Un școlar care studiază fizica găsește multe formule, concepte și fenomene plictisitoare. Pentru că, de regulă, profesorul spune aspectele teoretice, dar rareori poate da exemple despre beneficiile anumitor fenomene. Să nu dăm vina pe mentorii școlii pentru acest lucru: ei sunt sever limitați de program, în timpul lecției este necesar să spuneți material amplu și să aveți încă timp să verificați cunoștințele elevilor.

Cu toate acestea, obiectul studiului nostru are multe aplicații interesante:

  1. Acum aproape fiecare student în laboratorul lui instituție educațională poate repeta experimentul lui Lebedev. Dar apoi coincidența datelor experimentale cu calculele teoretice a fost o adevărată descoperire. Experimentul, realizat pentru prima dată cu o eroare de 20%, a permis oamenilor de știință din întreaga lume să dezvolte o nouă ramură a fizicii - optica cuantică.
  2. Obținerea de protoni de înaltă energie (de exemplu, pentru iradiere diferite substanțe) prin accelerarea filmelor subțiri cu un impuls laser.
  3. Contabilitatea presiunii radiatie electromagnetica Soarele pe suprafața obiectelor din apropierea Pământului, inclusiv sateliții și stații spațiale, vă permite să le corectați orbita cu o mai mare precizie și împiedică căderea acestor dispozitive pe Pământ.

Aplicațiile de mai sus există acum în lumea reala. Dar există și oportunități potențiale care nu au fost încă realizate, deoarece tehnologia omenirii nu a atins încă nivelul cerut. Printre ei:

  1. Cu ajutorul acestuia, ar fi posibil să se deplaseze încărcături destul de mari în spațiul apropiat de Pământ și chiar în spațiul aproape solar. Lumina dă un mic impuls, dar cu poziția corectă a suprafeței pânzei, accelerația ar fi constantă. În absența frecării, este suficient să câștigi viteză și să livrezi mărfuri în punctul dorit din sistemul solar.
  2. Motor fotonic. Această tehnologie, probabil, va permite unei persoane să depășească atracția propriei stele și să zboare în alte lumi. Diferența față de o velă solară este că un dispozitiv creat artificial, de exemplu, un motor termonuclear, va genera impulsuri solare.