Давление света 11 класс

П.Н. Лебедев

Гипотеза о световом давлении

(рис. 6.12).

Впервые гипотеза о световом давлении была высказана в 1619 г. немецким ученым И. Кеплером (1571-1630) для объяснения отклонения хвостов комет, пролетающих вблизи Солнца

Давление света с точки зрения волновой теории

В 1873 г. Дж. Максвелл, исходя из представлений об электромагнитной природе света, пришел к выводу:

свет должен оказывать давление на препятствия

(благодаря действию силы Лоренца).

на рисунке υ - направление скорости электронов под действием электрической составляющей электромагнитной волны) .

Расчёт светового давления в теории Д. К. Максвелла

В яркий день свет Солнца, падающий на зеркальную поверхность площадью 1 м 2 действует на неё с силой 4,1•10 -6 Н.

Опыты П.Н. Лебедева

• Световое давление на твердые тела было измерено П. Н. Лебедевым, который в 1900 г., используя чувствительные крутильные весы. Теория и эксперимент совпали.

• Опыты П. Н. Лебедева — экспериментальное доказательство факта: фотоны обладают импульсом

Опыты П.Н. Лебедева

Трудности:

А) давление света мало

Б) радиометрический эффект (мешал)

В) конвекционные потоки воздуха

(мешали )

Устранение: тонкие крылышки, вакуум, большой сосуд, светофильтры ИК .

Размеры крыльчатки:

Высота – 4 см

Ширина – 2 см

Диаметр

крылышек – 0,5 см

Толщина

крылышек: 0,1 – 0,01 мм

Схема опыта П.Н. Лебедева

Давление света зависит от коэффициента отражения поверхности:

А) при отражении от зеркальной поверхности крылышко (2) получает импульс р 2 ≈ 2р.

Б) поверхность чёрного крылышка (1) поглощает свет и р 1 ≈ р.

Экспериментальное измерение давления света (≈10 -6 Н/м 2 ) с точностью до 2% совпало с теоретическими расчётами Максвелла .

Объяснение давления света с точки зрения квантовой теории

Световые частицы – фотоны, попадая на вещество, передают ему свой импульс и тем самым, действуют на него с силой, которую и называют силой светового давления.

Давление света с точки зрения квантовой теории

Пусть на поверхность абсолютно черного тела площадью

S перпендикулярно к ней падает N фотонов за время ∆ t

Каждый фотон обладает импульсом:

Сила давления:

на черную поверхность

Световое давление:

на белую(и зеркальную) поверхность

Интенсивность света I энергетическая характеристика:

Давление света

Свет падает перпендикулярно поверхности

1. На поверхность тела площадью 1 м 2 падает за 1 с 10 5 фотонов с длиной волны 500 нм. Определите световое давление, если все фотоны отражаются телом.

Для разгона космических аппаратов и коррекции их орбит предложено использовать солнечный парус – скрепленный с аппаратом легкий экран большой площади из тонкой пленки, которая зеркально отражает солнечный свет. Рассчитайте массу космического аппарата, снабженного парусом в форме квадрата размером 100м х100 м, которому давление солнечных лучей сообщает ускорение 10-4 g . Мощность солнечного излучения, падающего на 1 м 2 поверхности, перпендикулярно солнечным лучам, составляет I = 1 370 Вт/м 2 .