Tlak svetlobe. Narava svetlobe je fizika. Tlak svetlobe - formula

Danes bomo pogovor posvetili takemu pojavu kot tlak svetlobe. Upoštevajte predpogoje za odkritje in posledice za znanost.

Svetloba in barva

Zagon človeških sposobnosti je navdušil ljudi že od antičnih časov. Kako vidi oko? Zakaj obstajajo barve? Kateri razlog za dejstvo, da je svet način, kako ga čutimo? Kako daleč oseba lahko vidi? Eksperimenti z razpadom sončnih žarkov v spekter so naredili Newton v 17. stoletju. Postavil je tudi strogo matematično osnovo v vrsti neskladnih dejstev, ki so takrat znali o svetlobi. In Newtonova teorija je veliko napovedovala: na primer, odkritja, ki jih je razložila samo kvantna fizika (odstopanje svetlobe na gravitacijskem polju). Toda natančna narava svetlobe, fizik tistega časa, ni vedela in ni razumela.

Val ali delec

Ker so znanstveniki po vsem svetu začeli prodirati v bistvo svetlobe, se je razpravljalo o sporu: kaj je sevanje, val ali delec (korpuscle)? Nekatera dejstva (refrakcija, refleksija in polarizacija) so potrdili prvo teorijo. Drugi (pravokotno razmnoževanje v odsotnosti ovir, tlak svetlobe) so drugi. Vendar pa je lahko le kvantna fizika pomirila ta spor tako, da je obe različici združil v eno splošno. Teorija korpuskularnega vala trdi, da ima vsaka mikročestica, vključno s fotonom, lastnosti valov in delcev. To pomeni, da ima kvant svetlobe takšne značilnosti, kot so frekvenca, amplituda in valovna dolžina ter moment in masa. Takoj rezervirajte: fotoni nimajo mirovanja. Kot kvantni del elektromagnetnega polja prenašajo energijo in maso le v procesu gibanja. To je bistvo pojma "svetloba". Fizika je danes to podrobno pojasnila.

Valovna dolžina in energija

Samo zgoraj omenjeno je pojem "energija valov". Einstein je prepričljivo dokazal, da sta energija in masa enaki pojmi. Če foton nosi energijo, mora imeti maso. Vendar je kvant svetlobe kos "zapleten": ko foton naleti na oviro, popolnoma odstopi svojo energijo zadevi, postane in izgubi svojo posamezno bistvo. Hkrati lahko nekatere okoliščine (močno ogrevanje) povzročijo, da se temno in mirno podtalje kovin in plinov oddaja svetlobo. Moment fotona, takojšnjo posledico prisotnosti mase, lahko določimo s pomočjo lahkega tlaka. Poskusi Lebedeva, raziskovalec iz Rusije, prepričljivo dokazal to neverjetno dejstvo.

Izkušnje Lebedeva

Ruski znanstvenik Petr Nikolaevič Lebedev je leta 1899 izvedel naslednji eksperiment. Na tanki srebrni nit je obesil prečko. Na koncu prečke je znanstvenik pritrdil dve plošči iste snovi. Bila je srebrna folija, zlato in celo sljuda. Tako so ustvarili vrsto lestvic. Samo so merili težo ne obremenitve, ki pritiska od zgoraj, ampak tovor, ki zdrobi na vsaki strani plošč. Vsa ta konstrukcija Lebedev je postavljena pod stekleno prevleko, tako da vetrno in naključno nihanje gostote zraka ne bi vplivalo na to. Nadalje bi rad napisal, da je pod pokrovom ustvaril vakuum. Toda v tistem času ni bilo mogoče doseči niti povprečnega vakuuma. Tako rečemo, da je pod steklenim pokrovom ustvaril zelo raztegnjeno atmosfero. In izmenično osvetlili eno ploščo, drugi pa v senci. Količina svetlobe, usmerjene na površino, je bila določena vnaprej. Glede na kot odstopanja je Lebedev ugotovil, kakšen zagon je svetloba prenašala na plošče.

Formule za določanje tlaka elektromagnetnega sevanja z normalno pojavnostjo žarka

Naj najprej pojasnimo, kaj je "normalni padec"? Svetloba pade na površino normalno, če je usmerjena strogo pravokotno na površino. To postavlja omejitve problema: površina mora biti popolnoma gladka, sevanje pa je zelo natančno usmerjeno. V tem primeru se lahki tlak izračuna po formuli:

p = (1-k + rho -) * I / c,

kjer

k je prepustnost, rho- je koeficient refleksije, I intenziteta incidentnega svetlobnega snopa, c pa hitrost svetlobe v vakuumu.

Toda verjetno je bralec že ugibal, da taka idealna kombinacija dejavnikov ne obstaja. Tudi če ne upoštevate idealnosti površine, je padec svetlobe, ki je strogo pravokotno organiziran, precej težak.

Formule za določanje tlaka elektromagnetnega sevanja, ko pade pod kotom

Tlak svetlobe na površini zrcala pod kotom se izračuna z drugo formulo, ki že vsebuje elemente vektorjev:

p = omega- ((1-k) i + rho-irsquo-) cos Θ

Količine p, i, irsquo- so vektorji. Še več, k in rho-, kot v prejšnji formuli, so koeficienti prepustnosti in refleksije. Nove vrednosti pomenijo naslednje:

• omega- volumska gostota sevalne energije;
• i in irsquo- enotni vektorji, ki kažejo smer incidenta in odražajo svetlobni žarek (določajo smeri, na katerih je treba dodati delujoče sile);
• Θ je kot običajnega, pod katerim pade žarek svetlobe (in se zato odseva, ker je površina zrcalna).

Bralec bo opomniti, da normalna pravokotno na površino, tako da Θ če je težava, ki jo je vpadnega kota glede na površino - je 90 stopinj minus vnaprej določena vrednost.

Uporaba pojava tlaka elektromagnetnega sevanja

Šolarka, ki študira fiziko, se zdi veliko formul, konceptov in pojavov dolgočasno. Ker učitelj praviloma govori teoretične vidike, vendar redko lahko ponudi primere prednosti določenih pojavov. Za to ne smemo kriviti šolskih mentorjev: program je strogo omejen, med lekcijo je treba povedati obsežen material in imeti čas, da preveri znanje študentov.

Kljub temu ima naš raziskovalni objekt številne zanimive aplikacije:

1. Zdaj skoraj vsak šolar v laboratoriju svoje šole ponovi izkušnjo Lebedeva. Toda naključje eksperimentalnih podatkov s teoretičnimi izračuni je bil pravi preboj. Znanstveniki po vsem svetu so prvič naredili z napako 20 odstotkov, da bi razvili novo vejo fizike - kvantno optiko.
2. Izdelava visokoenergetskih protonov (npr. Za obsevanje različnih snovi) s pospeševanjem tankih filmov z laserskim impulzom.
3. Pritisk računovodstva elektromagnetno sevanje sonca na površini objekti blizu Zemlje, vključno s sateliti in vesoljske postaje lahko popravi svojo orbito z večjo natančnostjo in je ta naprava pade na tla.

Zgornje aplikacije obstajajo v resničnem svetu. Vendar obstajajo potencialne priložnosti, ki še niso bile realizirane, ker tehnologija človeštva še ni dosegla zahtevane ravni. Med njimi:

1. Sončna jadra. Z njeno pomočjo bi bilo mogoče premikati precej velikih bremen v bližnjem in celo bližnjem prostoru. Svetloba daje majhen impulz, vendar pa je na želenem položaju površine jadra pospeševanje konstantno. Če ni trenja, zadostuje za hitro klicanje in dostavo tovora na želeno točko solarnega sistema.
2. Photon motor. Ta tehnologija bo morda omogočila osebi, da premaga privlačnost nativne zvezde in letenje v druge svetove. Razlika od sončnega jadra je, da bo ustvarjanje sončnih impulzov umetno ustvarjena naprava, na primer termonuklearni motor.