Налягане на светлината. Природата на светлината е физиката. Налягане на светлинната формула

Днес ние ще посветим разговор на такова явление като натиска на светлината. Разгледайте предпоставките за откриване и последствия за науката.

Светлина и цвят

Загадката на човешките способности развълнува хората от древни времена. Как виждаш окото? Защо има цветове? Каква е причината, поради която светът е така, както го чувстваме? Колко далеч може човек да види? Експерименти с разграждането на слънчевите лъчи в спектъра са направени от Нютон през 17 век. Той също така поставила строга математическа основа в поредица от разнородни факти, които по онова време били известни за светлината. И Нютоновата теория прогнозира много: например, открития, обяснени само от квантовата физика (отклонението на светлината в гравитационното поле). Но точната природа на светлината, физикът на онова време не знаеше и не разбираше.

Вълна или частица

Тъй като учените от целия свят започнаха да проникват в същността на светлината, се обсъждаше спор: какво е радиация, вълна или частица (корпус)? Някои факти (пречупване, отражение и поляризация) потвърдиха първата теория. Други (праволинейно разпространение при липса на препятствия, натиск от светлина) са втората. Само квантовата физика обаче успя да успокои този спор, като комбинира двете версии в една обща. Теорията за корпускуларните вълни твърди, че всяка микрочастица, включително фотон, притежава както свойства на вълната, така и частици. Това означава, че квантовата светлина има такива характеристики като честота, амплитуда и дължина на вълната, както и инерция и маса. Веднага направете резервация: фотоните нямат маса за почивка. Като квантово от електромагнитното поле, те носят енергия и маса само в процеса на движение. Това е същността на понятието "светлина". Физиката днес я обясни подробно.

Дължина на вълната и енергия

Точно по-горе споменахме концепцията за "вълнова енергия". Айнщайн убедително доказва, че енергията и масата са идентични понятия. Ако даден фотон носи енергия, той трябва да има маса. Квантът на светлината обаче е "труден": когато фотон се сблъска с препятствие, той напълно се отказва от неговата енергия, става го и губи своята индивидуална същност. В същото време определени обстоятелства (силно нагряване, например) могат да причинят тъмно и спокойно подпочвено пространство от метали и газове да излъчват светлина. Импулсът на фотоните, непосредствената последица от наличието на маса, може да се определи с помощта на лек натиск. Експериментите на Лебедев, изследовател от Русия, убедително доказа този удивителен факт.

Опитът на Лебедев

Руският учен Петър Николаевич Лебедев през 1899 г. направи следния експеримент. На тънка сребърна нишка висеше напречна греда. В края на напречната греда ученият прикрепи две плочи от едно и също вещество. Това беше сребърно фолио, злато и дори слюда. По този начин се създават един вид скали. Само те измерваха теглото на товара, който натиска отгоре, но натоварването, което се смачква от двете страни на плочите. Цялата тази конструкция Лебедев поставена под стъкленото покритие, така че вятърът и произволните колебания в плътността на въздуха не биха могли да го повлияят. Освен това бих искал да напиша, че под капака е създал вакуум. Но по това време беше невъзможно дори да се постигне среден вакуум. Така че казваме, че той създава много подредена атмосфера под стъкления капак. И последователно осветяваше една чиния, оставяйки другата на сянка. Количеството светлина, насочено към повърхността, беше предварително определено. Според ъгъла на отклонение Лебедев определи какъв инерционен момент предаде светлината на плочите.

Формули за определяне на налягането на електромагнитно излъчване с нормална честота на лъча

Нека първо да обясним какво е "нормалното падане"? Светлината пада върху повърхността нормално, ако тя е насочена стриктно перпендикулярна на повърхността. Това налага ограничения на проблема: повърхността трябва да бъде идеално гладка и лъчевият лъч е насочен много точно. В този случай, лекото налягане се изчислява по формулата:

р = (1-k + rho-) * I / c,

където

k е пропускателната способност, rho е коефициентът на отражение, I е интензивността на падащия светлинен лъч и c е скоростта на светлината във вакуум.

Но вероятно четерът вече е предположил, че такава идеална комбинация от фактори не съществува. Дори ако не вземете предвид идеалността на повърхността, падането на светлина, строго перпендикулярно за организиране, е доста трудно.

Формули за определяне на налягането на електромагнитно излъчване, когато пада под ъгъл

Налягането на светлината върху огледалната повърхност под ъгъл се изчислява от друга формула, която вече съдържа елементите на векторите:

p = омега- ((1-k) i + rho-irsquo-) cos Th

Количествата p, i, irsquo- са вектори. Освен това, k и rho-, както в предишната формула, са съответно коефициентите на пропускане и отражение. Новите стойности обозначават следното:

• омега е обемната плътност на радиационната енергия;
• i и irsquo- са единични вектори, които показват посоката на инцидента и отразения светлинен лъч (те определят посоките, по които трябва да бъдат добавени действащите сили);
• Т е ъгълът към нормалната, под която лъчът на светлината пада (и следователно се отразява, тъй като повърхността е огледална).

Напомняме на читателя, че нормалността е перпендикулярна на повърхността, така че ако проблемът дава ъгъла на въздействие на светлина върху повърхността, то Т е 90 градуса минус зададената стойност.

Прилагане на явлението на електромагнитно радиационно налягане

Един ученик, който изучава физика, много формули, концепции и феномени, изглежда скучно. Защото, като правило, учителят разказва теоретични аспекти, но рядко може да даде примери за ползите от определени явления. Няма да обвиняваме училищните наставници за това: те са силно ограничени от програмата, по време на урока е необходимо да се разкаже обширният материал и да има време да се провери знанията на учениците.

Независимо от това, нашият изследователски обект има много интересни приложения:

1. Сега почти всеки ученик в лабораторията на своето училище може да повтори опита на Лебедев. Но тогава съвпадението на експерименталните данни с теоретичните изчисления беше истински пробив. Създаден за пръв път с грешка от 20 процента, експериментът позволи на учените по целия свят да развият нов клон на физика - квантовата оптика.
2. Производство на високоенергийни протони (например за облъчване на различни вещества) чрез ускоряване на тънките филми с лазерен импулс.
3. Вземайки под внимание натиска на електромагнитното излъчване на Слънцето върху повърхността на обекти в близост до Земята, включително спътници и космически станции, позволява да се коригира тяхната орбита с по-голяма точност и не позволява тези устройства да падат на Земята.

Горните заявки съществуват сега в реалния свят. Но има потенциални възможности, които все още не са реализирани, защото технологията на човечеството все още не е достигнала необходимото ниво. Сред тях:

1. Слънчевата платформа. С негова помощ би било възможно да се преместят доста големи товари в близкозеленото и дори в слънцето пространство. Светлината дава малък импулс, но при желаното положение на повърхността на платното ускорението ще бъде постоянно. При липса на триене е достатъчно за бързо набиране и доставка на товара до желаната точка на слънчевата система.
2. Фотонен двигател. Тази технология може би ще позволи на човек да преодолее привличането на родната звезда и да лети до други светове. Разликата от слънчевото платно е, че за генериране на слънчеви импулси ще бъде изкуствено създадено устройство, например термоядрен двигател.