Давление света. Опыты Лебедева

Свет оказывает давление на освещаемую поверхность. Такой вывод был сделан Максвеллом из теоретических соображений исходя из волновых представлений о свете. Любая волна переносит энергию и при встрече с препятствием оказывает на него давление. Наглядно это можно представить на примере звуковой волны и на принципе работы микрофона. Давление обычного, например, солнечного света очень мало, поэтому экспериментально его обнаружить было очень трудно.

Для давления света Максвелл получил формулу р=Ее{ 1+р)/с, где р — коэффициент отражения света.

Вопрос 5.19. Определите давление лучей Солнца, оказываемое на черную пластину, находящуюся на таком же расстоянии, что и Земля. Во сколько раз это давление отличается от нормального атмосферного давления? Интенсивность солнечной радиации (энергия, падающая на единицу поверхности в единицу времени) Ее = 1,37-кВт/м2.

Экспериментальное подтверждение теории Максвелла было получено в знаменитых опытах Лебедева. Прибор Лебедева для исследования светового давления на твердые тела состоял из легкого подвеса на тонкой нити, к которому были прикреплены тонкие и легкие крылышки, имевшие форму кружка диаметром 5 мм. Одно из крылышек было зачернено, а другое оставалось блестящим. Подвес помещался в откачанном сосуде, образуя весьма чувствительные крутильные весы.

Полученные результаты полностью совпадали с предсказанными Максвеллом.

Но такой же теоретический результат можно получить не только из волновой, но и из квантовой природы света.

Если фотон обладает импульсом, то свет, падающий на тело, должен оказывать на него давление. С позиций квантовой теории давление света на поверхность обусловлено тем, что каждый фотон при соударении с поверхностью передает ей свой импульс. Рассчитаем давление, оказываемое на поверхность тела потоком монохроматического излучения (частота v), падающего перпендикулярно поверхности.

Если в единицу времени на единицу площади поверхности тела падает N фотонов, го при коэффициенте р отражения света от поверхности тела отразится рN фотонов, а (1—р)7М поглотится. Каждый поглощенный фотон передает поверхности импульс р., = hv/c, а каждый отраженный — в два раза больше,

поскольку при отражении импульс фотона меняется на противоположный. Давление света на поверхность равно импульсу, который передают поверхности в 1 с N фотонов: Nhv = Ес есть энергия всех фотонов, падающих на единицу поверхности в единицу времени, т.е. энергетическая освещенность поверхности, а Ее/с = (о — объемная плотность энергии излучения. Поэтому давление, производимое светом при нормальном падении на поверхность, равно

Это и есть формула для давления света, теоретически полученная Максвеллом (в рамках классической электродинамики) и экспериментально проверенная в опытах Лебедева.

Вопрос 5.20. Почему хвосты комет всегда обращены от Солнца?_

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >