I dag skal vi vie en samtale til et slikt fenomen som lett press. Vurder premissene for funnet og konsekvensene for vitenskapen.
Lys og farger
Mysteriet med menneskelige evner har bekymret folk siden antikken. Hvordan ser øyet? Hvorfor finnes farger? Hva er grunnen til at verden er slik vi oppfatter den? Hvor langt kan en person se? Eksperimenter med dekomponering av en solstråle til et spektrum ble utført av Newton på 1600-tallet. Han la også et strengt matematisk grunnlag for en rekke ulike fakta som på den tiden var kjent om lys. Og Newtonsk teori spådde mye: for eksempel oppdagelser som bare kvantefysikk forklarte (avbøyningen av lys i et gravitasjonsfelt). Men datidens fysikk visste ikke og forsto ikke lysets eksakte natur.
Bølge eller partikkel
Siden forskere rundt om i verden begynte å trenge inn i lysets essens, har det vært en debatt: hva er stråling, en bølge eller en partikkel (korpuskel)? Noen fakta (brytning, refleksjon og polarisering) bekreftet den første teorien. Andre (rettlinjet forplantning i fravær av hindringer, lett trykk) - den andre. Imidlertid var det bare kvantefysikk som var i stand til å roe denne tvisten ved å kombinere de to versjonene til én.generell. Korpuskulær-bølgeteorien sier at enhver mikropartikkel, inkludert et foton, har både egenskapene til en bølge og en partikkel. Det vil si at et kvantum av lys har slike egenskaper som frekvens, amplitude og bølgelengde, samt momentum og masse. La oss gjøre en reservasjon med en gang: fotoner har ingen hvilemasse. Som et kvantum av det elektromagnetiske feltet, bærer de energi og masse bare i bevegelsesprosessen. Dette er essensen av konseptet "lys". Fysikken har nå forklart det i tilstrekkelig detalj.
Bølgelengde og energi
Litt over konseptet "bølgeenergi" ble nevnt. Einstein beviste overbevisende at energi og masse er identiske konsepter. Hvis et foton bærer energi, må det ha masse. Imidlertid er et lyskvantum en "utspekulert" partikkel: når et foton kolliderer med en hindring, gir det helt opp sin energi til materie, blir det og mister sin individuelle essens. Samtidig kan visse omstendigheter (f.eks. sterk oppvarming) føre til at det tidligere mørke og rolige interiøret til metaller og gasser avgir lys. Momentumet til et foton, en direkte konsekvens av tilstedeværelsen av masse, kan bestemmes ved hjelp av lystrykket. Eksperimentene til Lebedev, en forsker fra Russland, beviste dette fantastiske faktum på overbevisende måte.
Lebedevs eksperiment
Den russiske vitenskapsmannen Petr Nikolaevich Lebedev i 1899 gjorde følgende eksperiment. På en tynn sølvtråd hang han en tverrstang. Til endene av tverrstangen festet forskeren to plater av samme stoff. Disse var sølvfolie, og gull, og til og med glimmer. Dermed ble det skapt en slags vekter. Bare de målte ikke vekten av lasten som presser ovenfra, men av lasten som presser fra siden på hver av platene. Lebedev plasserte hele denne strukturen under et glassdeksel slik at vinden og tilfeldige svingninger i lufttettheten ikke kunne påvirke den. Videre vil jeg skrive at han skapte et vakuum under lokket. Men på den tiden var selv et gjennomsnittlig vakuum umulig å oppnå. Så vi sier at han skapte en veldig sjeldne atmosfære under glassdekselet. Og vekselvis belyste den ene platen, og etterlot den andre i skyggen. Mengden lys rettet mot overflatene var forhåndsbestemt. Fra avbøyningsvinkelen bestemte Lebedev hvilket momentum som sendte lyset til platene.
Formler for å bestemme trykket til elektromagnetisk stråling ved normal stråleinnfall
La oss først forklare hva et "norm alt fall" er? Lys faller norm alt inn på en overflate hvis den rettes strengt vinkelrett på overflaten. Dette legger begrensninger på problemet: overflaten må være perfekt glatt, og strålingsstrålen må rettes veldig nøyaktig. I dette tilfellet beregnes letttrykket ved hjelp av formelen:
p=(1-k+ρ)I/c, where
k er transmittansen, ρ er refleksjonskoeffisienten, I er intensiteten til den innfallende lysstrålen, c er lysets hastighet i vakuum.
Men sannsynligvis har leseren allerede gjettet at en slik ideell kombinasjon av faktorer ikke eksisterer. Selv om den ideelle overflaten ikke tas i betraktning, er det ganske vanskelig å organisere lysinnfallet strengt vinkelrett.
Formler forbestemme trykket til elektromagnetisk stråling når den faller i en vinkel
Lystrykket på en speiloverflate i en vinkel beregnes ved å bruke en annen formel som allerede inneholder elementer av vektorer:
p=ω ((1-k)i+ρi’)cos ϴ
Verdiene p, i, i' er vektorer. I dette tilfellet er k og ρ, som i forrige formel, henholdsvis transmisjons- og refleksjonskoeffisienten. De nye verdiene betyr følgende:
- ω – volumtetthet av strålingsenergi;
- i og i’ er enhetsvektorer som viser retningen til hendelsen og den reflekterte lysstrålen (de setter retningene som de virkende kreftene skal legges til);
- ϴ - vinkel til normalen der lysstrålen faller (og følgelig reflekteres, siden overflaten er speilvendt).
Minn leseren på at normalen er vinkelrett på overflaten, så hvis problemet er gitt lysinnfallsvinkelen til overflaten, så er ϴ 90 grader minus den gitte verdien.
Anvendelse av elektromagnetisk strålingstrykkfenomen
En student som studerer fysikk synes mange formler, begreper og fenomener er kjedelige. Fordi læreren som regel forteller de teoretiske aspektene, men sjelden kan gi eksempler på fordelene med visse fenomener. La oss ikke klandre skoleveilederne for dette: de er svært begrenset av programmet, i løpet av timen må du fortelle omfattende stoff og fortsatt ha tid til å sjekke elevenes kunnskap.
Likevel har formålet med vår studie myeinteressante applikasjoner:
- Nå kan nesten hver student i laboratoriet på utdanningsinstitusjonen hans gjenta Lebedevs eksperiment. Men så var sammenfallet av eksperimentelle data med teoretiske beregninger et virkelig gjennombrudd. Eksperimentet, som ble gjort for første gang med en feil på 20 %, gjorde det mulig for forskere over hele verden å utvikle en ny gren av fysikk – kvanteoptikk.
- Produksjon av høyenergiprotoner (for eksempel for bestråling av ulike stoffer) ved å akselerere tynne filmer med en laserpuls.
- Ved å ta hensyn til trykket fra solens elektromagnetiske stråling på overflaten av objekter nær jorden, inkludert satellitter og romstasjoner, kan du korrigere deres bane med større nøyaktighet og forhindrer at disse enhetene faller til jorden.
Applikasjonene ovenfor finnes nå i den virkelige verden. Men det er også potensielle muligheter som ennå ikke er realisert, fordi menneskehetens teknologi ennå ikke har nådd det nødvendige nivået. Blant dem:
- Solseil. Med dens hjelp ville det være mulig å flytte ganske store laster i nær-jorden og til og med nær-solar plass. Lys gir en liten impuls, men med riktig posisjon av seilets overflate ville akselerasjonen vært konstant. I fravær av friksjon er det nok å få fart og levere varer til ønsket punkt i solsystemet.
- Fotonisk motor. Denne teknologien vil kanskje tillate en person å overvinne tiltrekningen til sin egen stjerne og fly til andre verdener. Forskjellen fra et solseil er at en kunstig skapt enhet, for eksempel en termonukleær, vil generere solpulser.motor.
