>> Ľahký tlak

§ 91 SVETELNÝ TLAK

Maxwell na základe elektromagnetickej teórie svetla predpovedal, že svetlo by malo vyvíjať tlak na prekážky.

Pod vplyvom elektrické pole vlny dopadajúcej na povrch telesa, napríklad kovu, sa voľný elektrón pohybuje v smere opačnom ako je vektor (obr. 11.7). Na pohybujúci sa elektrón pôsobí Lorentzova sila smerujúca v smere šírenia vlny. Celková sila, pôsobiace na elektróny kovového povrchu, a určuje silu tlaku svetla.

Na preukázanie platnosti Maxwellovej teórie bolo dôležité zmerať tlak svetla. Mnoho vedcov sa o to pokúšalo, ale neúspešne, pretože svetelný tlak je veľmi nízky. Za jasného slnečného dňa pôsobí na povrch s plochou 1 m 2 sila rovnajúca sa iba 4 10 -6 N. Tlak svetla prvýkrát zmeral ruský fyzik Pyotr Nikolaevič Lebedev v roku 1900.

Lebedev Petr Nikolaevič (1866-1912)- ruský fyzik, ktorý ako prvý zmeral tlak svetla na pevné látky a plyny. Tieto práce kvantitatívne potvrdili Maxwellovu teóriu. V snahe nájsť nové experimentálne dôkazy elektromagnetickej teórie svetla získal elektromagnetické vlny s milimetrovou vlnovou dĺžkou a študoval všetky ich vlastnosti. Vytvorené ako prvé v Rusku telesnej školy. Jeho žiakmi boli mnohí vynikajúci sovietski vedci. Fyzikálny ústav Akadémie vied ZSSR (FIAN) nesie meno Lebedev.

Lebedevov prístroj pozostával z veľmi ľahkej tyče na tenkej sklenenej niti, ktorej okraje však mali nalepené ľahké krídelká (obr. 11.8). Celé zariadenie bolo umiestnené v nádobe, z ktorej sa odčerpával vzduch. Svetlo dopadalo na krídla umiestnené na jednej strane tyče. Hodnotu tlaku je možné posúdiť podľa uhla natočenia závitu. Ťažkosti s presným meraním tlaku svetla súviseli s neschopnosťou odčerpať všetok vzduch z nádoby (pohyb molekúl vzduchu spôsobený nerovnomerným zahrievaním krídel a stien nádoby vedie k dodatočným krútiacim momentom). Krútenie nite je navyše ovplyvnené nerovnomerným zahrievaním strán krídel (strana privrátená k svetelnému zdroju sa zahrieva viac ako opačná strana). Molekuly odrazené od teplejšej strany prenášajú na krídelko väčšiu hybnosť ako molekuly odrazené od menej zahriatej strany.

Lebedevovi sa napriek tomu podarilo prekonať všetky tieto ťažkosti nízky level experimentálna technika tej doby, ktorá brala veľmi veľké plavidlo a veľmi tenké krídla. Nakoniec sa dokázala a zmerala existencia ľahkého tlaku na pevné látky. Získaná hodnota sa zhodovala s hodnotou, ktorú predpovedal Maxwell. Následne, po troch rokoch práce, sa Lebedevovi podarilo uskutočniť ešte jemnejší experiment: zmerať tlak svetla na plyny.

Vznik kvantovej teórie svetla umožnil jednoduchšie vysvetliť príčinu tlaku svetla. Fotóny, podobne ako častice hmoty, ktoré majú pokojovú hmotnosť, majú hybnosť. Keď ich telo absorbuje, prenesú do neho svoj impulz. Podľa zákona zachovania hybnosti sa hybnosť telesa rovná hybnosti absorbovaných fotónov. Preto sa teleso v pokoji dostane do pohybu. Zmena hybnosti telesa znamená podľa druhého Newtonovho zákona, že na teleso pôsobí sila.

Lebedevove experimenty možno považovať za experimentálny dôkaz, že fotóny majú hybnosť.

Hoci je svetelný tlak za normálnych podmienok veľmi malý, jeho účinok môže byť napriek tomu významný. Vo vnútri hviezd by pri teplotách niekoľkých desiatok miliónov Kelvinov mal tlak elektromagnetického žiarenia dosahovať obrovské hodnoty. Ľahké tlakové sily spolu s gravitačnými silami zohrávajú významnú úlohu v hviezdnych procesoch.

Podľa Maxwellovej elektrodynamiky vzniká svetelný tlak pôsobením Lorentzovej sily na elektróny média oscilujúce pod vplyvom elektrického poľa. elektromagnetická vlna. Z hľadiska kvantovej teórie sa tlak objavuje ako výsledok prenosu fotónových impulzov do tela pri ich pohlcovaní.

Myakishev G. Ya., Fyzika. 11. ročník: vzdelávací. pre všeobecné vzdelanie inštitúcie: základné a profilové. úrovne / G. Ya. Myakishev, B. V. Bukhovtsev, V. M. Charugin; upravil V. I. Nikolaeva, N. A. Parfentieva. - 17. vyd., prepracované. a dodatočné - M.: Vzdelávanie, 2008. - 399 s.: chor.

Stiahnutie učebníc pre všetky predmety, vypracovanie plánov hodín pre učiteľov, fyzika a astronómia pre 11. ročník online

Obsah lekcie poznámky k lekcii podporná rámcová lekcia prezentácia akceleračné metódy interaktívne technológie Prax úlohy a cvičenia autotest workshopy, školenia, prípady, questy domáce úlohy diskusia otázky rečnícke otázky študentov Ilustrácie audio, videoklipy a multimédiá fotografie, obrázky, grafika, tabuľky, diagramy, humor, anekdoty, vtipy, komiksy, podobenstvá, výroky, krížovky, citáty Doplnky abstraktyčlánky triky pre zvedavcov jasličky učebnice základný a doplnkový slovník pojmov iné Zdokonaľovanie učebníc a vyučovacích hodínoprava chýb v učebnici aktualizácia fragmentu v učebnici, prvky inovácie v lekcii, nahradenie zastaraných vedomostí novými Len pre učiteľov perfektné lekcie kalendárny plán na rok usmernenia diskusné programy Integrované lekcie

Táto video lekcia je venovaná téme „Ľahký tlak. Lebedevove experimenty. Lebedevove experimenty urobili obrovský dojem vo vedeckom svete, pretože vďaka nim bol prvýkrát zmeraný tlak svetla a bola dokázaná platnosť Maxwellovej teórie. ako sa mu to podarilo? Odpoveď na túto a mnohé ďalšie zaujímavé otázky súvisiaci s kvantovou teóriou svetla, sa môžete naučiť z tejto fascinujúcej lekcie fyziky.

Téma: Ľahký tlak

Lekcia: Ľahký tlak. Lebedevove experimenty

Hypotézu o existencii svetelného tlaku prvýkrát predložil Johannes Kepler v 17. storočí, aby vysvetlil fenomén chvostov komét, keď lietajú blízko Slnka.

Maxwell na základe elektromagnetickej teórie svetla predpovedal, že svetlo by malo vyvíjať tlak na prekážku.

Vplyvom elektrického poľa vlny elektróny v telesách oscilujú - a elektriny. Tento prúd smeruje pozdĺž intenzity elektrického poľa. Na usporiadané pohybujúce sa elektróny pôsobí Lorentzova sila magnetické pole, smerujúce k šíreniu vlny - to je ľahká tlaková sila(obr. 1).

Ryža. 1. Maxwellov experiment

Na preukázanie Maxwellovej teórie bolo potrebné zmerať tlak svetla. Tlak svetla prvýkrát zmeral ruský fyzik Pjotr ​​Nikolajevič Lebedev v roku 1900 (obr. 2).

Ryža. 2. Petr Nikolajevič Lebedev

Ryža. 3. Lebedevov prístroj

Lebedevov prístroj (obr. 3) pozostáva zo svetelnej tyče na tenkej sklenenej nite, po okrajoch ktorej sú pripevnené svetelné krídelká. Celé zariadenie bolo umiestnené v sklenenej nádobe, z ktorej sa odčerpával vzduch. Svetlo dopadá na krídla umiestnené na jednej strane tyče. Hodnotu tlaku možno posúdiť podľa uhla natočenia závitu. Ťažkosti s presným meraním tlaku svetla boli spôsobené tým, že nebolo možné odčerpať všetok vzduch z nádoby. Počas experimentu sa začal pohyb molekúl vzduchu spôsobený nerovnomerným zahrievaním krídel a stien nádoby. Krídla nie je možné zavesiť úplne vertikálne. Prúdy ohriateho vzduchu stúpajú nahor a pôsobia na krídla, čo vedie k dodatočným krútiacim momentom. Tiež krútenie nite je ovplyvnené nerovnomerným zahrievaním strán krídel. Strana smerujúca k zdroju svetla sa zahrieva viac ako opačná strana. Molekuly odrazené z teplejšej strany dodávajú krídlu väčšiu hybnosť.

Ryža. 4. Lebedevov prístroj

Ryža. 5. Lebedevov prístroj

Lebedevovi sa podarilo prekonať všetky ťažkosti napriek nízkej úrovni experimentálnej technológie v tom čase. Vzal si veľmi veľké plavidlo a veľmi tenké krídla. Krídlo pozostávalo z dvoch párov tenkých platinových kruhov. Jeden z kruhov každého páru bol lesklý na oboch stranách. Ostatné strany mali jednu stranu pokrytú platinou niello. Okrem toho sa oba páry kruhov líšili hrúbkou.

Aby sa vylúčili konvekčné prúdy, Lebedev nasmeroval lúče svetla na krídla z jednej alebo druhej strany. Tým boli sily pôsobiace na krídla vyrovnané (obr. 4-5).

Ryža. 6. Lebedevov prístroj

Ryža. 7. Lebedevov prístroj

Tak bol dokázaný a zmeraný tlak svetla na pevné látky (obr. 6-7). Hodnota tohto tlaku sa zhodovala s Maxwellovým predpovedaným tlakom.

O tri roky neskôr sa Lebedevovi podarilo uskutočniť ďalší experiment – ​​zmerať tlak svetla na plyny (obr. 8).

Ryža. 8. Zariadenie na meranie tlaku svetla na plyny

Lord Kelvin: "Možno viete, že celý život som bojoval s Maxwellom, nerozpoznal som jeho ľahký tlak, a teraz ma váš Lebedev prinútil vzdať sa jeho experimentom."

Vznik kvantovej teórie svetla umožnil jednoduchšie vysvetliť príčinu tlaku svetla.

Fotóny majú hybnosť. Keď ich telo absorbuje, prenesú do neho svoj impulz. Takúto interakciu možno považovať za úplne neelastický dopad.

Sila, ktorou na povrch pôsobí každý fotón, je:

Ľahký tlak na povrch:

Interakcia fotónu so zrkadlovým povrchom

V prípade tejto interakcie sa získa absolútne elastická interakcia. Keď fotón dopadá na povrch, odráža sa od neho s rovnakou rýchlosťou a hybnosťou, s akou dopadol na tento povrch. Zmena hybnosti bude dvakrát väčšia ako pri dopade fotónu na čierny povrch, tlak svetla sa zdvojnásobí.

V prírode neexistujú žiadne látky, ktorých povrch by úplne absorboval alebo odrážal fotóny. Preto na výpočet tlaku svetla na skutočné telesá je potrebné vziať do úvahy, že časť fotónov toto teleso pohltí a časť sa odrazí.

Lebedevove experimenty možno považovať za experimentálny dôkaz, že fotóny majú hybnosť. Hoci je svetelný tlak za normálnych podmienok veľmi nízky, jeho účinok môže byť významný. Na základe tlaku slnka bola vyvinutá plachta vesmírne lode, ktorý vám umožní pohybovať sa v priestore pod tlakom svetla (obr. 11).

Ryža. 11. Plachta vesmírnej lode

Tlak svetla podľa Maxwellovej teórie vzniká v dôsledku pôsobenia Lorentzovej sily na elektróny vykonávajúce oscilačné pohyby pod vplyvom elektrického poľa elektromagnetickej vlny.

Z pohľadu kvantovej teórie vzniká svetelný tlak ako výsledok interakcie fotónov s povrchom, na ktorý dopadajú.

Výpočty, ktoré vykonal Maxwell, sa zhodovali s výsledkami, ktoré vytvoril Lebedev. To jasne dokazuje kvantovo-vlnový dualizmus svetla.

Crookesove experimenty

Lebedev bol prvý, kto experimentálne objavil ľahký tlak a dokázal ho zmerať. Experiment bol neuveriteľne zložitý, ale existuje vedecká hračka – Crookesov experiment (obr. 12).

Ryža. 12. Crookesov experiment

Malá vrtuľa pozostávajúca zo štyroch okvetných lístkov je umiestnená na ihle, ktorá je pokrytá skleneným uzáverom. Ak túto vrtuľu osvetlíte svetlom, začne sa otáčať. Pri pohľade na túto vrtuľu pod holým nebom, keď na ňu fúka vietor, by jej rotácia nikoho neprekvapila, no sklenený kryt v tomto prípade neumožňuje prúdenie vzduchu na vrtuľu pôsobiť. Preto je príčinou jeho pohybu svetlo.

Prvý náhodne vytvoril anglický fyzik William Crookes ľahká rotačka.

V roku 1873 sa Crookes rozhodol určiť atómovú hmotnosť prvku Tália a odvážiť ho pri veľmi presné váhy. Aby náhodné prúdy vzduchu neskresľovali obraz váženia, Crookes sa rozhodol zavesiť vahadlá do vákua. Urobil to a bol ohromený, pretože jeho najtenšie šupiny boli citlivé na teplo. Ak bol zdroj tepla pod objektom, znížil jeho hmotnosť, ak bol nad objektom, zvýšil.

Po zlepšení tejto náhodnej skúsenosti prišiel Crookes s hračkou - rádiometrom (svetlým mlynom). Crookesov rádiometer je štvorlistové obežné koleso vyvážené na ihle vo vnútri sklenenej banky pod miernym vákuom. Keď svetelný lúč zasiahne lopatku, obežné koleso sa začne otáčať, čo sa niekedy nesprávne vysvetľuje ľahkým tlakom. V skutočnosti je príčinou krútenia rádiometrický efekt. Vznik odpudivej sily v dôsledku rozdielu v kinetických energiách molekúl plynu dopadajúcich na osvetlenú (ohrievanú) stranu čepele a opačnú neosvetlenú (chladnejšiu) stranu.

  1. Tlak svetla a tlak okolností ().
  2. Piotr Nikolajevič Lebedev ().
  3. Crookesov rádiometer ().

"Tlak 7. ročník" - Aktualizácia vedomostí študentov. Spôsoby, ako zvýšiť a znížiť tlak. Pozerajte sa z okna do diaľky na 1 minútu. Je čas ísť na diétu! Položenie základov budovy. Zvýšený tlak v prírode. Telesná hmotnosť. Krokodílie zuby. Železnica. Opakujte 5-krát. Čo odpovie zajačik koňovi? Elastická sila. Predtým, ako začneme riešiť problémy, vykonáme „Gymnastiku pre oči“.

Vysvetli prečo zubná pasta Dá sa ľahko vytlačiť z tuby? 1. Aktualizácia základných vedomostí. Téma: Riešenie problémov na tému: „Tlak pevných látok, kvapalín a plynov“. Podporovať vzdelávanie svetonázorovej myšlienky poznania javov a vlastností okolitého sveta. Definujte tlak v pevných látkach.

"Svetelné javy" - Zatmenie Mesiaca. Ako sa svetlo šíri v homogénnom prostredí? Ako sa volá čiara, po ktorej sa teleso pohybuje? Prečo sú pojmy „odpočinok“ a „pohyb“ relatívne? Na koľko farieb sa rozkladá biele svetlo? A – kompletné zatmenie Slnka. Úsvit a západ slnka sú svetelné javy. Čo je odraz? Vymenujte svetelné javy.

„Ľahký tlak“ - , Pôsobí na prúd. – Koeficient odrazu od daného povrchu. Koniec prednášky na túto tému. Impulz udelený 1 m2 absolútne absorbujúcej plochy za 1 s sa rovná. vektory. Pod vplyvom sily. Začiatok 17. storočia Riadky sa začnú pohybovať v smere pozdĺž povrchu a vytvárajú povrchový prúd I.

"Vysvetlenie elektrických javov" - Ebonit. Minikonferencia o ochrane projektov. Atómy. Ak je nabitá, aké znamenie má lopta? Telá sú zložené. Dielektrika. Svoju odpoveď zdôvodnite. Hlavná úloha lekcie. Electron. Prečo sa elektróny presúvajú z vlny do ebonitu a nie naopak? Vysvetlenie elektrických javov. Zhrnutie lekcie. Proton. Telo. Vlna.

„Svetelné javy vo fyzike“ - Úplné zatmenie Slnka priťahuje mnoho vedcov a turistov. 1704: "Optika". Svetlo je prúd častíc. Zatmenie je možné pozorovať len v určitých bodoch zemského povrchu. Spektrum je možné vidieť aj na bežnom laserovom disku. V prezentácii sú použité osobné fotografie. Svetelné zdroje môžu byť prirodzené alebo umelé.

Kvantová teória svetla vysvetľuje tlak svetla ako výsledok prenosu hybnosti fotónov na atómy alebo molekuly hmoty.

Nechajte na povrchu oblasti S normálne jej padá každú sekundu

N frekvencia fotónov v . Každý fotón má hybnosť hv/c . Ak

R je potom povrchová odrazivosť pN fotóny sa budú odrážať od povrchu, ( 1-p) N fotóny budú absorbované.

Každé absorbované kvantum svetla prenesie impulz na povrch hv/c a každý odrazený impulz [(hv/c) - (-hv/c)] = 2hv/c pretože pri odraze sa smer hybnosti fotónu mení na opačný a hybnosť ním prenášaná na častice hmoty je 2hv/c . Plný impulz prijatý povrchom tela bude

Vypočítajme tlak svetla. Aby sme to dosiahli, vydelíme (20.18) plochou S „krídla“: (20.19)

Ak vezmeme do úvahy, že hvN/S = Ee, potom vzorec (20.19) bude mať tvar

(20.20)

Výrazy (20.17) a (20.20), odvodené v rámci elektromagnetických a kvantové teórie, zladiť.

Platnosť týchto výsledkov bola experimentálne dokázaná experimentmi P.N. Lebedeva.

Prirodzený svetelný tlak je veľmi malý. Ak je koeficient absorpcie povrchu blízky jednotke, potom tlak, ktorý slnečné lúče vyvíjajú na povrchy nachádzajúce sa na Zemi, je približne

5 10 Pa (t. j. 3,7 10 mmHg) . Tento tlak je o desať rádov menší atmosferický tlak na povrchu Zeme.

P. N. Lebedev dokázal zmerať taký nízky tlak len tým, že preukázal výnimočnú vynaliezavosť a zručnosť pri nastavovaní a vykonávaní experimentu.

Ľahký tlak nehrá žiadnu rolu v javoch, s ktorými sa v živote stretávame. Ale v kozmických a mikroskopických systémoch je jeho úloha významná.

V mikrokozme sa tlak svetla prejavuje vo svetelnom výstupe, ktorý excitovaný atóm zažíva pri vyžarovaní svetla. Gravitačná príťažlivosť vonkajších vrstiev hviezdnej hmoty smerom k jej stredu je vyvážená silou, ku ktorej výrazne prispieva tlak svetla vychádzajúceho z hlbín hviezdy smerom von.

Chemické pôsobenie svetla

V dôsledku pôsobenia svetla dochádza v niektorých látkach k chemickým premenám - fotochemické reakcie . Fotochemické premeny sú veľmi rôznorodé. Vplyvom svetla sa zložité molekuly môžu rozložiť na svoje zložky (napríklad bromid strieborný na striebro a bróm) resp. naopak vznikajú zložité molekuly (ak napríklad osvetlíte zmes chlóru a vodíka, reakcia tvorby chlorovodíka prebieha tak prudko, že je sprevádzaná výbuchom).

Mnohé z fotochemických reakcií zohrávajú v prírode a technológii veľkú úlohu. Hlavným je fotochemický rozklad oxidu uhličitého , ktorý vzniká vplyvom svetla v zelených častiach rastlín. Táto reakcia má veľkú hodnotu, pretože zabezpečuje kolobeh uhlíka, bez ktorého je nemožná dlhodobá existencia organického života na Zemi. V dôsledku životnej činnosti živočíchov a rastlín (dýchanie) prebieha nepretržitý proces oxidácie uhlíka (tvorba CO2 ). K opačnému procesu redukcie uhlíka dochádza vplyvom svetla v zelených častiach rastlín. Táto reakcia prebieha podľa schémy 2СО2 2СО + О2

Fotochemická reakcia rozkladu bromidu strieborného je základom fotografie a všetkých jej vedeckých a technické aplikácie, fenomén blednutia farby, ktorý je spôsobený najmä fotochemickou oxidáciou týchto farieb, má veľmi veľký význam pochopiť procesy prebiehajúce v ľudskom a zvieracom oku a základné vizuálne vnímanie. Mnohé fotochemické reakcie sa v súčasnosti využívajú v chemickej výrobe a získavajú tak priamy priemyselný význam.

Dnes budeme venovať rozhovor takému fenoménu, akým je ľahký tlak. Pozrime sa na predpoklady objavu a dôsledky pre vedu.

Svetlo a farba

Záhada ľudských schopností znepokojovala ľudí už od staroveku. Ako vidí oko? Prečo existujú farby? Aký je dôvod, že svet je taký, ako ho vnímame? Ako ďaleko môže človek vidieť? Experimenty s rozkladom slnečného lúča na spektrum uskutočnil Newton v 17. storočí. Tiež položil prísny matematický základ pre množstvo rozdielnych faktov, ktoré boli v tom čase známe o svetle. A Newtonova teória predpovedala veľa: napríklad objavy, ktoré mohla vysvetliť iba kvantová fyzika (odchýlka svetla v gravitačnom poli). Ale vtedajšia fyzika nepoznala a nechápala presnú povahu svetla.

Vlna alebo častica

Odkedy vedci z celého sveta začali chápať podstatu svetla, začala sa diskusia: čo je žiarenie, vlna alebo častica (telieska)? Niektoré fakty (refrakcia, odraz a polarizácia) potvrdili prvú teóriu. Ostatné (lineárne šírenie pri absencii prekážok, ľahký tlak) - druhé. Tento spor však dokázala upokojiť až kvantová fyzika spojením dvoch verzií do jednej spoločnej. uvádza, že každá mikročastica, vrátane fotónu, má vlastnosti vlny aj častice. To znamená, že kvantum svetla má charakteristiky, ako je frekvencia, amplitúda a vlnová dĺžka, ako aj hybnosť a hmotnosť. Okamžite urobme rezerváciu: fotóny nemajú žiadnu pokojovú hmotnosť. Keďže ide o kvantum elektromagnetického poľa, nesú energiu a hmotu iba v procese pohybu. Toto je podstata pojmu „svetlo“. Fyzika to v týchto dňoch dosť podrobne vysvetlila.

Vlnová dĺžka a energia

Pojem „vlnová energia“ bol spomenutý vyššie. Einstein presvedčivo dokázal, že energia a hmotnosť sú totožné pojmy. Ak fotón nesie energiu, musí mať hmotnosť. Kvantum svetla je však „prefíkaná“ častica: keď fotón narazí na prekážku, úplne odovzdá svoju energiu látke, stane sa ňou a stratí svoju individuálnu podstatu. Okrem toho môžu určité okolnosti (napríklad silné zahrievanie) spôsobiť, že predtým tmavé a pokojné interiéry kovov a plynov vyžarujú svetlo. Hybnosť fotónu, priamy dôsledok prítomnosti hmoty, možno určiť pomocou tlaku svetla. vedci z Ruska presvedčivo dokázali túto úžasnú skutočnosť.

Lebedevova skúsenosť

Ruský vedec Pyotr Nikolaevič Lebedev vykonal v roku 1899 nasledujúci experiment. Hrazdu zavesil na tenkú striebornú niť. Vedec pripevnil na konce brvna dve platne tej istej látky. Patrili medzi ne strieborná fólia, zlato a dokonca aj sľuda. Tak vznikli akési váhy. Len merali hmotnosť nie záťaže, ktorá tlačí zhora, ale záťaže, ktorá tlačí zboku na každú z platní. Lebedev umiestnil celú túto konštrukciu pod sklenený kryt, aby ju vietor a náhodné výkyvy hustoty vzduchu nemohli ovplyvniť. Ďalej by som chcel napísať, že pod vekom vytvoril vákuum. Ale v tom čase nebolo možné dosiahnuť ani priemerné vákuum. Povieme teda, že tvoril pod skleneným krytom silno a striedavo osvetľoval jednu dosku, druhú nechával v tieni. Množstvo svetla smerovaného na povrchy bolo vopred určené. Na základe uhla vychýlenia Lebedev určil, ktorý impulz prenáša svetlo na platne.

Vzorce na určenie tlaku elektromagnetického žiarenia pri normálnom dopade lúča

Vysvetlime si najprv, čo je „normálny pád“? Svetlo dopadá na povrch normálne, ak je nasmerované presne kolmo na povrch. To obmedzuje problém: povrch musí byť dokonale hladký a lúč žiarenia musí byť nasmerovaný veľmi presne. V tomto prípade sa tlak vypočíta:

k je koeficient priepustnosti, ρ je koeficient odrazu, I je intenzita dopadajúceho svetelného lúča, c je rýchlosť svetla vo vákuu.

Čitateľ však pravdepodobne už uhádol, že takáto ideálna kombinácia faktorov neexistuje. Aj keď neberieme do úvahy ideálnosť povrchu, je dosť ťažké organizovať dopad svetla striktne kolmo.

Vzorce na určenie tlaku elektromagnetického žiarenia pri dopade pod uhlom

Svetelný tlak na zrkadlovom povrchu pod uhlom sa vypočíta pomocou iného vzorca, ktorý už obsahuje vektorové prvky:

p= ω ((1-k)i+ρi’)cos ϴ

Veličiny p, i, i‘ sú vektory. V tomto prípade k a ρ, ako v predchádzajúcom vzorci, sú koeficienty priepustnosti a odrazu. Nové hodnoty znamenajú:

  • ω - objemová hustota energie žiarenia;
  • ja a ja - jednotkové vektory, ktoré znázorňujú smer dopadajúceho a odrazeného lúča svetla (určujú smery, pozdĺž ktorých sa majú sčítať pôsobiace sily);
  • ϴ je uhol k normále, pod ktorým svetelný lúč dopadá (a teda sa odráža, pretože povrch je zrkadlový).

Pripomeňme čitateľovi, že normála je kolmá na povrch, takže ak úloha udáva uhol dopadu svetla na povrch, potom ϴ je 90 stupňov mínus daná hodnota.

Aplikácia tlakového javu elektromagnetického žiarenia

Študentovi, ktorý študuje fyziku, sa mnohé vzorce, pojmy a javy zdajú nudné. Pretože učiteľ spravidla hovorí o teoretických aspektoch, ale zriedka môže uviesť príklady výhod určitých javov. Neobviňujme to školiteľov: sú veľmi limitovaní programom, počas hodiny potrebujú prebrať rozsiahle učivo a ešte majú čas otestovať vedomosti študentov.

Napriek tomu má predmet našej štúdie mnoho zaujímavých aplikácií:

  1. Teraz takmer každý školák vo svojom laboratóriu vzdelávacia inštitúcia môže zopakovať Lebedevov experiment. Ale potom bola zhoda experimentálnych údajov s teoretickými výpočtami skutočným prielomom. Experiment, ktorý sa prvýkrát uskutočnil s 20% chybou, umožnil vedcom na celom svete vyvinúť nové odvetvie fyziky – kvantovú optiku.
  2. Produkcia vysokoenergetických protónov (napríklad na ožarovanie rôzne látky) zrýchlením tenkých vrstiev laserovým impulzom.
  3. Účtovanie tlaku elektromagnetická radiácia Slnko na povrch objektov v blízkosti Zeme, vrátane satelitov a vesmírne stanice, umožňuje upraviť ich obežnú dráhu s väčšou presnosťou a zabraňuje pádu týchto zariadení na Zem.

Vyššie uvedené aplikácie teraz existujú v reálny svet. Existujú však aj potenciálne príležitosti, ktoré ešte neboli realizované, pretože ľudská technológia ešte nedosiahla požadovanú úroveň. Medzi nimi:

  1. S jeho pomocou by bolo možné premiestňovať pomerne veľké náklady v blízkozemskom a dokonca blízkom slnečnom priestore. Svetlo dáva malý impulz, ale vzhľadom na požadovanú polohu povrchu plachty by bolo zrýchlenie konštantné. Pri absencii trenia stačí získať rýchlosť a doručiť náklad do požadovaného bodu v slnečnej sústave.
  2. Fotónový motor. Táto technológia môže človeku umožniť prekonať gravitáciu svojej rodnej hviezdy a letieť do iných svetov. Rozdiel oproti slnečnej plachte je v tom, že slnečné impulzy bude generovať umelo vytvorené zariadenie, napríklad termonukleárny motor.