Частина I НАВЧАЛЬНИЙ ДОВІДНИК — З ПРИКЛАДАМИ ТА ЗАВДАННЯМИ

КВАНТОВА ФІЗИКА. ЕЛЕМЕНТИ ТЕОРІЇ ВІДНОСНОСТІ

2. СВІТЛОВІ КВАНТИ

2.3. СВІТЛОВИЙ ТИСК

Світловий тиск — це тиск, який створює електромагнітна хвиля, що падає на поверхню тіла (теоретично обґрунтував Дж. Максвелл, уперше установив і дослідив на практиці П. Н. Лебедєв).

Тиск світла на дзеркальну поверхню у 2 рази більший, ніж на чорну (поглинаючу) поверхню.

Якщо світло нормально падає на чорну поверхню тіла, то кожний з поглинених фотонів передає тілу імпульс: р = . При відбиванні від дзеркальної поверхні імпульс фотона змінюється на протилежний, а тілу передається імпульс 2 (рис. 2.5):

Проекція на вісь ОХ: ∆р_фот =-р'_фот - р_фот =-2р_фот.

Рис. 2.5

♦ У загальному випадку частина фотонів відбивається від поверхні, а частина — поглинається, тому тиск світла р_світла, що надає перпендикулярно до поверхні, визначається співвідношенням:

р_світла = = = (1 + R) = (1 + R),

де F — сила світлового тиску, N — кількість фотонів, що падає на поверхню площею S за час t, hv — енергія кожного фотона, R — коефіцієнт відбивання фотонів (RN фотонів відбивається, (1 — R)N фотонів — поглинається), = об'ємна густина енергії падаючого світлового випромінювання.

♦ Якщо світло нормально падає на чорну поверхню, тобто повністю поглинається, то R = 0, отже, p_світла = .

♦ Якщо світло нормально падає на дзеркальну поверхню, тобто повністю відбивається, то R = 1, тому = p_cвітла .

♦ Якщо світло падає під певним кутом до поверхні, то тиск світла зменшується.

♦ Світловий тиск є надзвичайно малим. Наприклад, влітку, сонячного дня він дорівнює лише 4 ∙ 10^-8 Па.

Існування світлового тиску передбачено електромагнітною теорією світла Дж. Максвелла. При падінні електромагнітної хвилі на метал під дією електричної складової () електрони металу будуть рухатись у напрямку, протилежному вектору . Магнітна складова електромагнітного поля () діє на рухомі електрони із силою Лоренца в напрямку, перпендикулярному до поверхні металу,— створює тиск на поверхню металу (рис. 2.6).

Рис. 2.6