Pritisak svjetlosti. Priroda svjetlosti je fizika. Tlak svjetlosti - formula

Danas ćemo posvetiti razgovoru na takav fenomen kao i pritisak svjetlosti. Razmotrite preduvjete otkrića i posljedica za znanost.

Svjetlo i boja

Zagonetka ljudskih sposobnosti uzbudila je ljude od davnih vremena. Kako vidi oči? Zašto postoje boje? Koji je razlog činjenice da je svijet način na koji to osjećamo? Koliko daleko može vidjeti neka osoba? Eksperimenti s raspadom sunčevih zraka u spektru napravili su Newton u 17. stoljeću. Također je položio strogi matematički temelj u nizu različitih činjenica, koje su u to doba bile poznate o svjetlosti. A Newtonova teorija puno je predvidjela: na primjer, otkrića koja su objašnjena samo kvantnom fizikom (odstupanje svjetlosti u gravitacijskom polju). Ali točna priroda svjetlosti, fizičar tog vremena nije znao i nije razumio.

Val ili čestica

Budući da su znanstvenici cijelog svijeta počeli prodrijeti u bit svjetlosti, raspravlja se o raspravi: što je zračenje, val ili čestica (korpuscle)? Neke činjenice (refrakcija, refleksija i polarizacija) potvrdile su prvu teoriju. Drugi su (pravocrtno propagiranje u nedostatku prepreka, tlak svjetla). Međutim, samo je kvantna fizika mogla smiriti taj spor kombinirajući dvije verzije u jednu opću. Teorija korpuskularne vala tvrdi da svaka mikročestica, uključujući i foton, posjeduje i svojstva vala i čestice. To jest, kvantno svjetlo ima takve karakteristike kao što su frekvencija, amplituda i valna duljina, kao i zamah i masa. Odmah rezervirajte: fotoni nemaju mirovinu. Budući da su kvantna elektromagnetska polja, oni nose energiju i masu samo u procesu gibanja. To je bit pojma "svjetlo". Fizika je danas detaljno objasnila.

Valna duljina i energija

Upravo je gore spomenuto koncept "energije valova". Einstein je uvjerljivo dokazao da su energija i masa jednaki pojmovi. Ako foton nosi energiju, mora imati masu. Međutim, kvantna svjetlost je komad "lukav": kad foton susreće prepreku, potpuno odustaje od svoje energije na materiju, postaje ga i gubi svoju individualnu suštinu. Istovremeno, određene okolnosti (jakog zagrijavanja, na primjer) mogu uzrokovati da tamni i mirni podzemlje metala i plinova emitiraju svjetlost. Foton zamah, neposredna posljedica prisutnosti mase, može se odrediti uz pomoć laganog tlaka. Pokusi Lebedev, istraživač iz Rusije, uvjerljivo dokazao ovu nevjerojatnu činjenicu.

Doživljaj Lebedev

Ruski znanstvenik Petr Nikolaevich Lebedev 1899. godine obavio je sljedeći eksperiment. Na tanku srebrnu nit odrezao je tračnicu. Na krajevima trake, znanstvenik je pričvrstio dvije ploče iste tvari. Bila je to srebrna folija, zlato, pa čak i tinjac. Stoga su stvorene vrste vage. Samo su izmjerili težinu ne opterećenja koja se pritišće odozgo, već opterećenje koje se drobi na svakoj strani ploča. Sve ove konstrukcije Lebedev stavljene pod stakleno pokrivanje, tako da vjetar i slučajne fluktuacije u gustoći zraka ne bi mogle utjecati na to. Nadalje, htio bih napisati da je pod pokrovom stvorio vakuum. Ali u to vrijeme bilo je nemoguće postići čak i prosječni vakuum. Zato kažemo da je stvorio vrlo rijetku atmosferu ispod staklenog poklopca. I naizmjence osvijetlila jednu ploču, ostavivši drugu u sjeni. Količina svjetla usmjerena na površinu bila je unaprijed određena. Prema kutu odstupanja, Lebedev je odredio kakav zamah svjetlost prenosi na ploče.

Formule za određivanje tlaka elektromagnetskog zračenja s normalnom incidencijom zrake

Objasnite nam prvo što je "normalni pad"? Svjetlo pada na površinu normalno ako je usmjereno strogo okomito na površinu. To nameće ograničenja na problem: površina mora biti savršeno glatka, a zračenje zrake usmjereno je vrlo točno. U ovom slučaju, tlak svjetla izračunava se formulom:

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

gdje

k je prijenos, rho - koeficijent refleksije, I je intenzitet incidentne svjetlosne zrake, c je brzina svjetlosti u vakuumu.

No, vjerojatno je čitatelj već nagađao da takva idealna kombinacija faktora ne postoji. Čak i ako ne uzmete u obzir idealnost površine, pad svjetlosti striktno okomito na organizaciju je prilično teško.

Formule za određivanje tlaka elektromagnetskog zračenja kada padne pod kutom

Tlak svjetla na zrcalnoj površini pod kutom računa se drugom formulom koja već sadrži elemente vektora:

p = omega- ((l-k) i + rho-irsquo) cos d

Količine p, i, irsquo su vektori. Štoviše, k i rho-, kao u prethodnoj formuli, su koeficijenti prolaza i refleksije. Nove vrijednosti označavaju sljedeće:

• omega- je gustoća volumena energije zračenja;
• i i irsquo su jedinstveni vektori koji pokazuju smjer incidenta i reflektirane svjetlosne zrake (oni određuju smjerove duž kojih se dodaju glumačke sile);
• Θ je kut prema normalnom ispod kojeg zraka svjetlosti pada (i, prema tome, odražava se jer je površina slična zrcalu).

Podsjećamo čitatelja da je normalno okomito na površinu, pa ako problem daje kut incidencije svjetlosti na površinu, onda je Θ 90 stupnjeva minus postavljene vrijednosti.

Primjena fenomena elektromagnetskog zračenja

Škola koji studira fiziku, mnoge formule, pojmovi i fenomeni izgledaju dosadno. Jer, u pravilu, nastavnik govori o teorijskim aspektima, ali rijetko može dati primjere prednosti određenih pojava. Nećemo kriviti školske mentore za to: oni su strogo ograničeni programom, tijekom lekcije potrebno je naglasiti opsežan materijal i imati vremena za provjeru znanja studenata.

Ipak, naš istraživački objekt ima mnoge zanimljive aplikacije:

1. Sada gotovo svaki školarac u laboratoriju svoje škole može ponoviti iskustvo Lebedev. No, tada je slučajnost eksperimentalnih podataka s teorijskim izračunima bila pravi proboj. Izrađen prvi put s 20 posto pogreške, eksperiment je omogućio znanstvenicima širom svijeta da razvijaju novu granu fizike - kvantnu optiku.
2. Izrada visokoenergetskih protona (na primjer, za ozračivanje različitih tvari) ubrzavanjem tankih filmova laserskim pulsom.
3. Pritisak računovodstvo elektromagnetsko zračenje sunca na površini u blizini Zemlje objekata, uključujući i satelite i svemirske postaje može ispraviti svoju orbitu s većom preciznošću i čini ovaj uređaj padne na tlo.

Gore navedene aplikacije sada postoje u stvarnom svijetu. Ali postoje potencijalne mogućnosti koje još nisu realizirane, jer tehnologija čovječanstva još nije dostigla potrebnu razinu. Među njima:

1. Sunčana jedro. Sa svojom pomoći, bilo bi moguće premjestiti prilično velika opterećenja u prostoru blizu zemlje, pa čak i blizu sunca. Svjetlost daje mali impuls, ali u željenom položaju površine jedra ubrzanje bi bilo konstantno. U nedostatku trenja, dovoljno je za brzo biranje i isporuku tereta do željene točke Sunčevog sustava.
2. Fotonov motor. Ova će tehnologija, možda, omogućiti osobi da prevlada atrakciju zavičajne zvijezde i odletjeti na druge svjetove. Razlika od solarnog jedra je da će generiranje solarnih impulsa biti umjetno stvoreni uređaj, na primjer, termonuklearni motor.