Vandag sal ons 'n gesprek wy aan so 'n verskynsel soos ligte druk. Oorweeg die uitgangspunte van die ontdekking en die gevolge vir die wetenskap.
Lig en kleur
Die misterie van menslike vermoëns het mense sedert antieke tye bekommer. Hoe sien die oog? Hoekom bestaan kleure? Wat is die rede dat die wêreld is soos ons dit sien? Hoe ver kan 'n mens sien? Eksperimente met die ontbinding van 'n sonstraal in 'n spektrum is in die 17de eeu deur Newton uitgevoer. Hy het ook 'n streng wiskundige grondslag gelê vir 'n aantal uiteenlopende feite wat op daardie stadium oor lig bekend was. En Newtoniaanse teorie het baie voorspel: byvoorbeeld ontdekkings wat net kwantumfisika verduidelik het (die afbuiging van lig in 'n gravitasieveld). Maar die fisika van daardie tyd het nie die presiese aard van lig geken en nie verstaan nie.
Golf of deeltjie
Sedert wetenskaplikes regoor die wêreld begin deurdring tot die wese van lig, was daar 'n debat: wat is straling, 'n golf of 'n deeltjie (liggaam)? Sommige feite (breking, refleksie en polarisasie) het die eerste teorie bevestig. Ander (reglynige voortplanting in die afwesigheid van hindernisse, ligte druk) - die tweede. Slegs kwantumfisika was egter in staat om hierdie geskil te kalmeer deur die twee weergawes in een te kombineer.algemeen. Die korpuskulêre-golfteorie sê dat enige mikropartikel, insluitend 'n foton, beide die eienskappe van 'n golf en 'n deeltjie het. Dit wil sê, 'n kwantum lig het eienskappe soos frekwensie, amplitude en golflengte, sowel as momentum en massa. Kom ons maak dadelik 'n bespreking: fotone het geen rusmassa nie. Omdat hulle 'n kwantum van die elektromagnetiese veld is, dra hulle energie en massa slegs in die proses van beweging. Dit is die kern van die konsep van "lig". Fisika het dit nou in voldoende besonderhede verduidelik.
Gollengte en energie
Effens bo die konsep van "golfenergie" is genoem. Einstein het oortuigend bewys dat energie en massa identiese konsepte is. As 'n foton energie dra, moet dit massa hê. 'n Kwantum lig is egter 'n "slinkse" deeltjie: wanneer 'n foton teen 'n hindernis bots, gee dit sy energie heeltemal prys aan materie, word dit en verloor dit sy individuele wese. Terselfdertyd kan sekere omstandighede (sterk verhitting, byvoorbeeld) veroorsaak dat die voorheen donker en kalm binnekant van metale en gasse lig uitstraal. Die momentum van 'n foton, 'n direkte gevolg van die teenwoordigheid van massa, kan bepaal word deur die druk van lig te gebruik. Die eksperimente van Lebedev, 'n navorser van Rusland, het hierdie wonderlike feit oortuigend bewys.
Lebedev se eksperiment
Russiese wetenskaplike Petr Nikolaevich Lebedev het in 1899 die volgende eksperiment gedoen. Aan 'n dun silwer draadjie het hy 'n dwarsbalk gehang. Aan die punte van die dwarsbalk het die wetenskaplike twee plate van dieselfde stof geheg. Dit was silwer foelie, en goud, en selfs mika. So is 'n soort skale geskep. Net hulle het die gewig nie gemeet van die vrag wat van bo af druk nie, maar van die vrag wat van die kant af op elkeen van die plate druk. Lebedev het hierdie hele struktuur onder 'n glasbedekking geplaas sodat die wind en willekeurige skommelinge in lugdigtheid dit nie kon beïnvloed nie. Verder wil ek graag skryf dat hy 'n vakuum onder die deksel geskep het. Maar in daardie tyd was selfs 'n gemiddelde vakuum onmoontlik om te bereik. Ons sê dus dat hy 'n baie skaars atmosfeer onder die glasomhulsel geskep het. En beurtelings een plaat verlig, wat die ander in die skadu gelaat het. Die hoeveelheid lig wat op die oppervlaktes gerig is, is vooraf bepaal. Vanuit die afbuighoek het Lebedev bepaal watter momentum die lig na die plate oorgedra het.
Formules vir die bepaling van die druk van elektromagnetiese straling by normale straalinval
Kom ons verduidelik eers wat 'n "normale val" is? Lig val gewoonlik op 'n oppervlak in as dit streng loodreg op die oppervlak gerig word. Dit plaas beperkings op die probleem: die oppervlak moet perfek glad wees, en die bestralingstraal moet baie akkuraat gerig word. In hierdie geval word die ligdruk bereken deur die formule:
p=(1-k+ρ)I/c, where
k is die deurlaatbaarheid, ρ is die refleksiekoëffisiënt, I is die intensiteit van die invallende ligstraal, c is die spoed van lig in vakuum.
Maar waarskynlik het die leser al geraai dat so 'n ideale kombinasie van faktore nie bestaan nie. Selfs as die ideale oppervlak nie in ag geneem word nie, is dit nogal moeilik om die inval van lig streng loodreg te organiseer.
Formules virbepaling van die druk van elektromagnetiese straling wanneer dit teen 'n hoek val
Die druk van lig op 'n spieëloppervlak teen 'n hoek word bereken deur 'n ander formule te gebruik wat reeds elemente van vektore bevat:
p=ω ((1-k)i+ρi’)cos ϴ
Die waardes p, i, i' is vektore. In hierdie geval is k en ρ, soos in die vorige formule, onderskeidelik die transmissie- en refleksiekoëffisiënte. Die nuwe waardes beteken die volgende:
- ω – volumedigtheid van stralingsenergie;
- i en i’ is eenheidsvektore wat die rigting van die inval en gereflekteerde ligstraal aandui (hulle stel die rigtings in waarin die werkende kragte bygevoeg moet word);
- ϴ - hoek met die normaal waarteen die ligstraal val (en gevolglik weerkaats word, aangesien die oppervlak weerspieël word).
Herinner die leser daaraan dat die normaal loodreg op die oppervlak is, dus as die probleem die invalshoek van lig na die oppervlak gegee word, dan is ϴ 90 grade minus die gegewe waarde.
Toepassing van elektromagnetiese stralingsdrukverskynsel
'n Student wat fisika studeer, vind baie formules, konsepte en verskynsels vervelig. Omdat die onderwyser as 'n reël die teoretiese aspekte vertel, maar selde voorbeelde kan gee van die voordele van sekere verskynsels. Laat ons nie die skoolmentors hiervoor blameer nie: hulle word baie beperk deur die program, tydens die les moet jy uitgebreide materiaal vertel en nog tyd hê om die studente se kennis na te gaan.
Nietemin, die doel van ons studie het baieinteressante toepassings:
- Nou kan byna elke student in die laboratorium van sy opvoedkundige instelling Lebedev se eksperiment herhaal. Maar toe was die toeval van eksperimentele data met teoretiese berekeninge 'n ware deurbraak. Die eksperiment, wat vir die eerste keer met 'n 20%-fout gemaak is, het wetenskaplikes regoor die wêreld toegelaat om 'n nuwe tak van fisika te ontwikkel - kwantumoptika.
- Produksie van hoë-energie-protone (byvoorbeeld vir bestraling van verskeie stowwe) deur dun films met 'n laserpuls te versnel.
- Deur die druk van die elektromagnetiese straling van die Son op die oppervlak van naby-Aarde-voorwerpe, insluitend satelliete en ruimtestasies, in ag te neem, kan jy hul wentelbaan met groter akkuraatheid regstel en verhoed dat hierdie toestelle aarde toe val.
Bogenoemde toepassings bestaan nou in die regte wêreld. Maar daar is ook potensiële geleenthede wat nog nie verwesenlik is nie, want die tegnologie van die mensdom het nog nie die vereiste vlak bereik nie. Onder hulle:
- Sonseil. Met sy hulp sou dit moontlik wees om redelik groot vragte in naby-Aarde en selfs naby-son-ruimte te verskuif. Lig gee 'n klein impuls, maar met die regte posisie van die oppervlak van die seil sal die versnelling konstant wees. In die afwesigheid van wrywing is dit genoeg om spoed te kry en goedere na die verlangde punt in die sonnestelsel te lewer.
- Fotoniese enjin. Hierdie tegnologie, miskien, sal 'n persoon toelaat om die aantrekkingskrag van sy eie ster te oorkom en na ander wêrelde te vlieg. Die verskil van 'n sonseil is dat 'n kunsmatig geskepte toestel, byvoorbeeld 'n termonukleêre een, sonpulse sal genereer.enjin.
