Lehký tlak na zcela absorbující povrch. A. Lehký tlak. Vzorce pro určení tlaku elektromagnetického záření při dopadu pod úhlem
Jedním z experimentálních potvrzení přítomnosti hybnosti ve fotonech je existence světelného tlaku (Lebedevovy experimenty).
Vysvětlení vlnění (podle Maxwella): interakce indukovaných proudů s magnetickým polem vlny.
Z kvantového hlediska je tlak světla na povrch způsoben tím, že při srážce s tímto povrchem mu každý foton předá svou hybnost. Protože se foton může ve vakuu pohybovat pouze rychlostí světla, měl by být odraz světla od povrchu tělesa považován za proces „reemise“ fotonů – dopadající foton je povrchem absorbován a následně jím znovu emitované s opačným směrem hybnosti.
Uvažujme světelný tlak, kterým působí na povrch tělesa tok monochromatického záření dopadajícího kolmo na povrch.
Nechte spadnout za jednotku času na jednotku povrchu těla P fotony. Pokud je koeficient odrazu světla od povrchu tělesa roven R,Že Rn fotony se odrážejí a (1 –R) p- absorbován. Každý odražený foton přenese na stěnu impuls rovný 2R f = 2 hv/c (při odrazu se hybnost fotonu změní na – r f). Každý absorbovaný foton přenese svou hybnost na stěnu rf = vv/c .Světelný tlak na plochu je roven impulsu, který všechny plochy přenesou za 1s P fotony:
, (11-12)
Kde I=nhv – energii všech fotonů dopadajících na jednotkovou plochu za jednotku času, tedy intenzitu světla a w=I/c – objemová hustota energie dopadajícího záření. Tento vzorec byl experimentálně testován a byl potvrzen v Lebedevových experimentech.
4. Fotonový plyn. bosony. Bose-Einsteinova distribuce.
Uvažujme světlo jako soubor fotonů, které jsou uvnitř uzavřené dutiny se zrcadlovými stěnami. Tlak světla na zrcadlově odrážejícím povrchu by měl být stejný, jako by byl, kdyby se fotony zrcadlově odrážely od povrchu jako absolutně elastické kuličky.
Najděte tlak vyvíjený na ideálně reflexní stěny| uzavřená dutina.
Pro jednoduchost předpokládáme, že dutina má tvar krychle. Vzhledem k izotropii záření můžeme předpokládat, že všechny směry pohybu fotonů jsou stejně pravděpodobné. Mezi fotony nedochází k interakci (při srážkách se jejich frekvence nemění). Proto se fotony pohybují jako molekuly ideálního monatomického plynu.
Tlak ideálního plynu na stěnách dutiny zjistíme ze základní rovnice kinetické teorie plynů:
Ale pro fotony m=hvj/c2, υi=с a proto mυ i 2 = hv i.Tím pádem,
Kde W je celková energie všech fotonů v dutině a tlak na její stěny
Tady w- objemová hustota energie záření. Pokud mají fotony uvnitř naší dutiny frekvence od 0 do ∞, pak w lze určit podle vzorce:
(11-14)
Tady ρ(ν) - objemová hustota energie záření ve frekvenčním rozsahu od ν do ν+dν.
Funkce ρ(ν) se nalézá pomocí speciální kvantové distribuce fotonů podle energie (frekvence), - rozdělení Bose-Einstein (B-E).
1. Na rozdíl od Maxwellova rozdělení, které charakterizuje rozdělení částic v rychlostním (hybnostním) prostoru, kvantové rozdělení popisuje energie částic ve fázovém prostoru tvořeném hybností a souřadnicemi částic.
2. Elementární objem fázového prostoru je roven (vynásobme všechny přírůstky souřadnic):
3. Objem na stav je roven h 3 .
4. Počet stavů dg i záření nacházející se v objemu elementární fáze v kvantové statistice získáme vydělením objemu (11-15) h 3:
5. Distribuce BÝT soustavy částic s celočíselným spinem poslouch. Dostali jméno bosony. Mezi tyto částice patří také fotony. Jejich rotace nabývá celočíselných hodnot. Moment hybnosti fotonu nabývá hodnoty mh/2π, Kde m = 1. 2,3… Bose-Einsteinova distribuční funkce pro fotony má tvar:
, (11-16)
Kde. ΔN – počet fotonů v objemu dV, n i - průměrný počet částic v jednom energetickém stavu s energií W i který se nazývá k - Boltzmannova konstanta, T- absolutní teplota. Koeficient 2 se objevuje díky přítomnosti dvou možných směrů polarizace světla (levá a pravá rotace roviny polarizace).
Celkový počet stavů v objemu PROTI(po integraci přes objem a použití vztahů mezi hybností fotonu R a jeho energii W, vR = vv/c, W = vv ):
kde ν je frekvence, s - rychlost světla ve vakuu.
Počet fotonů s energií z W před W+dW v objemu PROTI:
Hustotu energie objemového záření ve frekvenčním rozsahu od ν do ν +dν zjistíme vynásobením (11-16) energií jednoho fotonu hν :
. (11-18)
Radiační tlak zjistíme pomocí vzorců (11-13), (11-14) a (11-18):
Stavová rovnice pro záření:
Energie záření z objemu V (Stefan-Boltzmannův zákon):
Vztah mezi energetickou svítivostí a hustotou energie objemového záření (vyplývá ze srovnání Planckova vzorce se vzorcem (11-18):
RE(ν,T)= (c/4)ρ(ν,T).
Dnes budeme věnovat rozhovor takovému fenoménu, jako je lehký tlak. Podívejme se na premisy objevu a důsledky pro vědu.
Světlo a barva
Záhada lidských schopností znepokojovala lidi od pradávna. Jak vidí oko? Proč existují barvy? Jaký je důvod, že svět je takový, jak ho vnímáme? Jak daleko člověk vidí? Experimenty s rozkladem slunečního paprsku na spektrum prováděl Newton v 17. století. Položil také přísný matematický základ pro řadu nesourodých faktů, které byly v té době o světle známé. A Newtonova teorie předpověděla mnohé: například objevy, které mohla vysvětlit pouze kvantová fyzika (odchylka světla v gravitačním poli). Ale tehdejší fyzika neznala a nechápala přesnou povahu světla.
Vlna nebo částice
Od té doby, co vědci z celého světa začali chápat podstatu světla, se vedou debaty: co je záření, vlna nebo částice (tělíska)? Některá fakta (refrakce, odraz a polarizace) potvrdila první teorii. Ostatní (lineární šíření v nepřítomnosti překážek, lehký tlak) - druhá. Teprve kvantová fyzika však dokázala tento spor uklidnit spojením dvou verzí do jedné společné. uvádí, že každá mikročástice, včetně fotonu, má vlastnosti vlny i částice. To znamená, že kvantum světla má vlastnosti, jako je frekvence, amplituda a vlnová délka, stejně jako hybnost a hmotnost. Udělejme hned rezervaci: fotony nemají klidovou hmotnost. Jako kvantum elektromagnetického pole přenášejí energii a hmotu pouze v procesu pohybu. To je podstata pojmu „světlo“. Fyzika to v těchto dnech vysvětlila poměrně podrobně.
Vlnová délka a energie
Koncept „vlnové energie“ byl zmíněn výše. Einstein přesvědčivě dokázal, že energie a hmotnost jsou totožné pojmy. Pokud foton nese energii, musí mít hmotnost. Kvantum světla je však „mazaná“ částice: když foton narazí na překážku, zcela odevzdá svou energii látce, stane se jí a ztratí svou individuální podstatu. Kromě toho mohou určité okolnosti (například silné zahřátí) způsobit, že dříve tmavé a klidné vnitřky kovů a plynů vyzařují světlo. Hybnost fotonu, přímý důsledek přítomnosti hmoty, lze určit pomocí tlaku světla. výzkumníci z Ruska tuto úžasnou skutečnost přesvědčivě prokázali.
Lebeděvova zkušenost
Ruský vědec Pyotr Nikolaevič Lebedev provedl v roce 1899 následující experiment. Pověsil břevno na tenkou stříbrnou nit. Vědec připevnil na konce příčky dvě desky stejné látky. Ty zahrnovaly stříbrnou fólii, zlato a dokonce i slídu. Vznikly tak jakési váhy. Pouze měřili hmotnost nikoli zátěže, která tlačí shora, ale zátěže, která tlačí ze strany na každou z desek. Lebedev celou tuto konstrukci umístil pod skleněný kryt, aby ji nemohl ovlivnit vítr a náhodné výkyvy hustoty vzduchu. Dále bych chtěl napsat, že pod pokličkou vytvořil podtlak. Ale v té době nebylo možné dosáhnout ani průměrného vakua. Řekneme tedy, že tvořil pod skleněným krytem silně a střídavě osvětloval jednu desku, druhou nechával ve stínu. Množství světla směrovaného na povrchy bylo předem určeno. Na základě úhlu vychýlení Lebeděv určil, který impuls přenáší světlo na desky.
Vzorce pro stanovení tlaku elektromagnetického záření při normálním dopadu paprsku
Pojďme si nejprve vysvětlit, co je to „normální pád“? Světlo dopadá na povrch normálně, pokud je nasměrováno přesně kolmo k povrchu. To ukládá omezení problému: povrch musí být dokonale hladký a paprsek záření musí být nasměrován velmi přesně. V tomto případě se tlak vypočítá:
k je koeficient propustnosti, ρ je koeficient odrazu, I je intenzita dopadajícího světelného paprsku, c je rychlost světla ve vakuu.
Ale pravděpodobně už čtenář uhodl, že taková ideální kombinace faktorů neexistuje. I když nebereme v úvahu ideálnost povrchu, je docela obtížné organizovat dopad světla přísně kolmo.
Vzorce pro určení tlaku elektromagnetického záření při dopadu pod úhlem
Světelný tlak na zrcadlový povrch pod úhlem se vypočítá pomocí jiného vzorce, který již obsahuje vektorové prvky:
p= ω ((1-k)i+ρi’)cos ϴ
Veličiny p, i, i‘ jsou vektory. V tomto případě k a ρ, stejně jako v předchozím vzorci, jsou koeficienty propustnosti a odrazivosti. Nové hodnoty znamenají následující:
- ω - objemová hustota energie záření;
- i a i‘ jsou jednotkové vektory, které ukazují směr dopadajícího a odraženého paprsku světla (určují směry, podél kterých by se měly sčítat působící síly);
- ϴ je úhel k normále, pod kterým světelný paprsek dopadá (a tudíž se odráží, protože povrch je zrcadlený).
Připomeňme čtenáři, že normála je kolmá k povrchu, takže pokud úloha udává úhel dopadu světla na povrch, pak ϴ je 90 stupňů mínus daná hodnota.
Aplikace tlakového jevu elektromagnetického záření
Studentovi studujícímu fyziku se mnohé vzorce, pojmy a jevy zdají nudné. Protože učitel zpravidla mluví o teoretických aspektech, ale zřídka může uvést příklady přínosů určitých jevů. Neobviňujme z toho školní lektory: jsou velmi omezeni programem během lekce musí probrat rozsáhlou látku a ještě mají čas otestovat znalosti studentů.
Přesto má předmět naší studie mnoho zajímavých aplikací:
- Nyní téměř každý školák v laboratoři jeho vzdělávací instituce může opakovat Lebedevův experiment. Ale pak byla shoda experimentálních dat s teoretickými výpočty skutečným průlomem. Experiment, který byl poprvé proveden s 20% chybou, umožnil vědcům z celého světa vyvinout nové odvětví fyziky – kvantovou optiku.
- Výroba vysokoenergetických protonů (například pro ozařování různých látek) urychlováním tenkých vrstev laserovým pulzem.
- Zohlednění tlaku elektromagnetického záření ze Slunce na povrch objektů v blízkosti Země, včetně satelitů a vesmírných stanic, umožňuje s větší přesností korigovat jejich dráhu a zabraňuje pádu těchto zařízení na Zemi.
Výše uvedené aplikace nyní existují v reálném světě. Existují však také potenciální příležitosti, které dosud nebyly realizovány, protože technologie lidstva ještě nedosáhla požadované úrovně. Mezi nimi:
- Sluneční plachta. S jeho pomocí by bylo možné přemisťovat poměrně velké náklady v blízkozemském a dokonce i blízkém slunečním prostoru. Světlo dává malý impuls, ale vzhledem k požadované poloze povrchu plachty by zrychlení bylo konstantní. Při absenci tření stačí získat rychlost a dopravit náklad do požadovaného bodu sluneční soustavy.
- Fotonový motor. Tato technologie může člověku umožnit překonat gravitaci své rodné hvězdy a letět do jiných světů. Rozdíl je v tom, že sluneční impulsy budou generovat uměle vytvořené zařízení, například termonukleární motor.
Zpráva od administrátora:
Chlapi! Kdo se už dlouho chtěl učit anglicky?
Přejděte na a získat dvě lekce zdarma v anglické jazykové škole SkyEng!
Sám tam studuji - je to skvělé. Existuje pokrok.
V aplikaci se můžete učit slovíčka, trénovat poslech a výslovnost.
Pokusit se. Dvě lekce zdarma pomocí mého odkazu!
Klikněte
Proud fotonů (světla), který při dopadu na povrch vyvíjí tlak.
Tok fotonů dopadajících na absorbující povrch:
Tok fotonů dopadajících na zrcadlový povrch:
Tok fotonů dopadajících na povrch:
Fyzikální význam tlaku světla:
Světlo je proud fotonů, pak podle principů klasické mechaniky mu částice při dopadu na těleso musí přenést hybnost, jinými slovy vyvinout tlak
Zařízení, měření lehký tlak, byl velmi citlivý torzní dynamometr (torzní stupnice). Toto zařízení vytvořil Lebedev. Jeho pohyblivou částí byl lehký rám zavěšený na tenkém lomovém závitu s křidélky - světlé a černé disky o tloušťce až 0,01 mm. Křídla byla vyrobena z kovové fólie. Rám byl zavěšen uvnitř nádoby, ze které byl odčerpáván vzduch. Světlo dopadající na křídla vyvíjelo různý tlak na světlý a černý kotouč. V důsledku toho na rám působil točivý moment, který zkroutil závit zavěšení. Úhel zkroucení závitu byl použit pro stanovení lehkého tlaku.
Ve vzorci jsme použili:
Síla, kterou foton tlačí
Plocha, na kterou dochází k lehkému tlaku
Hybnost jednoho fotonu
Tato video lekce je věnována tématu „Lehký tlak. Lebeděvovy experimenty. Lebedevovy experimenty udělaly obrovský dojem na vědecký svět, protože díky nim byl poprvé změřen tlak světla a byla prokázána platnost Maxwellovy teorie. jak to udělal? Odpověď na tuto a mnoho dalších zajímavých otázek souvisejících s kvantovou teorií světla se můžete dozvědět z této fascinující lekce fyziky.
Téma: Lehký tlak
Lekce: Lehký tlak. Lebeděvovy experimenty
Hypotézu o existenci světelného tlaku poprvé předložil Johannes Kepler v 17. století, aby vysvětlil fenomén ohonů komet, když prolétají blízko Slunce.
Maxwell na základě elektromagnetické teorie světla předpověděl, že světlo by mělo vyvíjet tlak na překážku.
Vlivem elektrického pole vlny dochází k rozkmitání elektronů v tělesech - vzniká elektrický proud. Tento proud je směrován podél intenzity elektrického pole. Na uspořádaně se pohybující elektrony působí Lorentzova síla z magnetického pole, nasměrovaná ve směru šíření vlny - to je lehká tlaková síla(Obr. 1).
Rýže. 1. Maxwellův experiment
K prokázání Maxwellovy teorie bylo nutné změřit tlak světla. Tlak světla poprvé změřil ruský fyzik Pjotr Nikolajevič Lebeděv v roce 1900 (obr. 2).
Rýže. 2. Petr Nikolajevič Lebeděv
Rýže. 3. Lebedevův přístroj
Lebeděvův přístroj (obr. 3) se skládá ze světelné tyče na tenké skleněné niti, na jejíchž okrajích jsou připevněna světelná křidélka. Celé zařízení bylo umístěno ve skleněné nádobě, ze které byl odčerpáván vzduch. Světlo dopadá na křidélka umístěná na jedné straně tyče. Hodnotu tlaku lze posoudit podle úhlu natočení závitu. Obtížnost přesného měření tlaku světla byla způsobena tím, že nebylo možné odčerpat všechen vzduch z nádoby. Během experimentu začal pohyb molekul vzduchu způsobený nerovnoměrným zahříváním křídel a stěn nádoby. Křídla nelze zavěsit zcela svisle. Proudy ohřátého vzduchu stoupají nahoru a působí na křídla, což vede k dalším točivým momentům. Také kroucení závitu je ovlivněno nerovnoměrným zahříváním stran křídel. Strana přivrácená ke zdroji světla se zahřívá více než protější strana. Molekuly odražené od teplejší strany dodávají wingletu větší hybnost.
Rýže. 4. Lebedevův přístroj
Rýže. 5. Lebedevův přístroj
Lebeděvovi se podařilo překonat všechny potíže, navzdory nízké úrovni experimentální techniky v té době. Vzal si velmi velké plavidlo a velmi tenká křídla. Křídlo se skládalo ze dvou párů tenkých platinových kruhů. Jeden z kruhů každého páru byl z obou stran lesklý. Ostatní strany měly jednu stranu pokrytou platinovým neello. Navíc se oba páry kruhů lišily tloušťkou.
Aby se vyloučily konvekční proudy, Lebedev nasměroval paprsky světla na křídla z jedné nebo druhé strany. Tím byly síly působící na křídla vyrovnané (obr. 4-5).
Rýže. 6. Lebedevův přístroj
Rýže. 7. Lebedevův přístroj
Tak byl prokázán a změřen tlak světla na pevné látky (obr. 6-7). Hodnota tohoto tlaku se shodovala s Maxwellovým předpokládaným tlakem.
O tři roky později se Lebeděvovi podařilo provést další experiment – změřit tlak světla na plyny (obr. 8).
Rýže. 8. Instalace pro měření tlaku světla na plyny
Lord Kelvin: "Možná víte, že jsem celý život bojoval s Maxwellem, nerozpoznal jsem jeho lehký tlak, a teď mě váš Lebedev donutil vzdát se jeho experimentům."
Vznik kvantové teorie světla umožnil jednodušeji vysvětlit příčinu tlaku světla.
Fotony mají hybnost. Když jsou absorbovány tělem, přenášejí do něj svůj impuls. Takovou interakci lze považovat za zcela nepružný dopad.
Síla, kterou na povrch působí každý foton, je:
Lehký tlak na povrch:
Interakce fotonu se zrcadlovým povrchem
V případě této interakce se získá absolutně elastická interakce. Když foton dopadne na povrch, odráží se od něj stejnou rychlostí a hybností, s jakou na tento povrch dopadl. Změna hybnosti bude dvakrát větší než při dopadu fotonu na černý povrch, tlak světla se zdvojnásobí.
V přírodě neexistují látky, jejichž povrch by fotony zcela pohltil nebo odrážel. Pro výpočet světelného tlaku na reálná tělesa je tedy nutné počítat s tím, že některé fotony budou tímto tělesem pohlceny a některé se odrazí.
Lebedevovy experimenty lze považovat za experimentální důkaz toho, že fotony mají hybnost. Přestože je lehký tlak za normálních podmínek velmi nízký, jeho účinek může být významný. Na základě tlaku Slunce byla vyvinuta plachta pro kosmické lodě, která umožní pohyb ve vesmíru pod tlakem světla (obr. 11).
Rýže. 11. Plachta vesmírné lodi
Tlak světla podle Maxwellovy teorie vzniká v důsledku působení Lorentzovy síly na elektrony vykonávající oscilační pohyby pod vlivem elektrického pole elektromagnetické vlny.
Z hlediska kvantové teorie vzniká světelný tlak v důsledku interakce fotonů s povrchem, na který dopadají.
Výpočty, které provedl Maxwell, se shodovaly s výsledky, které vytvořil Lebedev. To jasně dokazuje kvantově-vlnový dualismus světla.
Crookesovy experimenty
Lebeděv byl první, kdo experimentálně objevil lehký tlak a dokázal jej změřit. Experiment byl neuvěřitelně obtížný, ale existuje vědecká hračka – experiment Crookes (obr. 12).
Rýže. 12. Crookesův experiment
Malá vrtule sestávající ze čtyř okvětních lístků je umístěna na jehle, která je pokryta skleněným uzávěrem. Pokud tuto vrtuli osvítíte světlem, začne se otáčet. Pokud se na tuto vrtuli podíváte pod širým nebem, když na ni fouká vítr, její rotace by nikoho nepřekvapila, ale v tomto případě skleněný kryt zabraňuje působení proudů vzduchu na vrtuli. Proto je příčinou jeho pohybu světlo.
První náhodně vytvořil anglický fyzik William Crookes lehký spinner.
V roce 1873 se Crookes rozhodl určit atomovou hmotnost prvku Thallium a zvážit jej na velmi přesné váze. Aby se zabránilo náhodnému proudění vzduchu zkreslit obraz vážení, Crookes se rozhodl zavěsit vahadla ve vakuu. Udělal to a byl ohromen, protože jeho nejtenčí šupiny byly citlivé na teplo. Pokud byl zdroj tepla pod objektem, snížil jeho hmotnost, pokud byl nahoře, zvýšil ji.
Po vylepšení této náhodné zkušenosti přišel Crookes s hračkou - radiometrem (světelným mlýnem). Crookesův radiometr je čtyřlisté oběžné kolo vyvážené na jehle uvnitř skleněné baňky pod mírným vakuem. Při dopadu světelného paprsku na lopatku se oběžné kolo začne otáčet, což se někdy nesprávně vysvětluje lehkým tlakem. Ve skutečnosti je příčinou torze radiometrický efekt. Vznik odpudivé síly v důsledku rozdílu v kinetických energiích molekul plynu dopadajících na osvětlenou (ohřívanou) stranu čepele a opačnou neosvětlenou (chladnější) stranu.
- Tlak světla a tlak okolností ().
- Petr Nikolajevič Lebeděv ().
- Crookesův radiometr ().
Ukazuje se, že tlak mohou vytvářet nejen pevné látky, kapaliny a plyny. Lehké elektromagnetické záření dopadající na povrch těla na něj také vyvíjí tlak.
Teorie lehkého tlaku
Johannes Kepler
Poprvé byl vysloven předpoklad, že existuje mírný tlak Německý vědec Johannes Kepler v 17. století. Při studiu chování komet létajících v blízkosti Slunce si všiml, že ohon komety se vždy odchyluje ve směru opačném ke Slunci. Kepler se domníval, že tato odchylka byla nějak způsobena vystavením slunečnímu záření.
Teoretická existence lehkého tlaku byla předpovězena v 19. století Britský fyzik James Clerk Maxwell, který vytvořil elektromagnetickou teorii a tvrdil, že světlo je také elektromagnetické vibrace a mělo by vyvíjet tlak na překážky.
James Clerk Maxwell
Světlo je elektromagnetické vlnění. Vytváří elektrické pole, pod jehož vlivem oscilují elektrony v tělese, s nímž se setká na jeho dráze. V těle se objevuje elektrický proud směřující podél síly elektrického pole. Magnetické pole působí na elektrony Lorentzova síla. Jeho směr se shoduje se směrem šíření světelné vlny. Tato síla je lehká tlaková síla .
Podle Maxwellových výpočtů vytváří sluneční světlo tlak určité hodnoty na černou desku umístěnou na Zemi (p = 4 · 10 -6 N/m 2 ). A pokud místo černé desky vezmete reflexní, pak bude světelný tlak 2x větší.
Ale to byl jen teoretický předpoklad. K prokázání bylo nutné teorii potvrdit praktickým pokusem, tedy změřit hodnotu tlaku světla. Ale protože jeho hodnota je velmi malá, je velmi obtížné to udělat v praxi.
Petr Nikolajevič Lebeděv
V praxi se tak stalo Ruský experimentální fyzik Pjotr Nikolajevič Lebeděv. Experiment, který provedl v roce 1899, potvrdil Maxwellův předpoklad, že na pevné látky existuje lehký tlak.
Lebeděvova zkušenost
Schematické znázornění Lebeděvova experimentu
K provedení svého experimentu Lebedev vytvořil speciální zařízení, kterým byla skleněná nádoba. Uvnitř nádoby byla umístěna světelná tyč na tenké skleněné niti. K okrajům této tyče byla připevněna tenká, lehká křidélka z různých kovů a slídy. Z nádoby byl odčerpán vzduch. Pomocí speciálních optických systémů sestávajících ze zdroje světla a zrcadel byl světelný paprsek směrován do křídel umístěných na jedné straně tyče. Pod vlivem lehkého tlaku se tyč otáčela a závit se zkroutil pod určitým úhlem. Velikost tlaku světla byla určena velikostí tohoto úhlu.
Zařízení Lebedev
Tento experiment však nepřinesl přesné výsledky. Jeho provedení mělo své vlastní potíže. Protože vakuové pumpy v té době neexistovaly, používaly běžné mechanické. A s jejich pomocí nebylo možné vytvořit v nádobě absolutní vakuum. I po jeho odčerpání v něm zůstalo trochu vzduchu. Křídla a stěny plavidla byly vyhřívány různě. Strana přivrácená ke světelnému paprsku se zahřívala rychleji. A to způsobilo pohyb molekul vzduchu. Vzhůru stoupaly proudy teplejšího vzduchu. Protože není možné instalovat křídla absolutně svisle, tyto toky vytvářely další krouticí momenty. Křídla samotná se navíc nezahřívala stejně. Strana přivrácená ke zdroji světla se zahřála. V důsledku toho došlo k dodatečnému ovlivnění úhlu natočení závitu.
Aby byl experiment přesnější, Lebeděv vzal velmi velké plavidlo. Křídlo vyrobil ze dvou párů velmi tenkých kruhů platiny. Navíc se tloušťka kruhů jednoho páru lišila od tloušťky kruhů druhého páru. Na jedné straně tyče byly kruhy z obou stran lesklé, na druhé straně byla jedna strana pokryta platinovým niello. Z jedné či druhé strany na ně směřovaly paprsky světla, aby vyrovnaly síly působící na křídla. V důsledku toho byl změřen lehký tlak na křídla. Experimentální výsledky potvrdily Maxwellovy teoretické předpoklady o existenci lehkého tlaku. A jeho velikost byla téměř stejná, jak Maxwell předpovídal.
V letech 1907-1910 Pomocí přesnějších experimentů Lebeděv změřil tlak světla na plyny.
Světlo, jako každé elektromagnetické záření, má energii E .
Jeho hybnost p = E proti / c 2 ,
Kde proti - rychlost elektromagnetického záření,
C - rychlost světla.
Protože proti = S , Že p = E/s .
S příchodem kvantové teorie začalo být světlo považováno za proud fotonů – elementárních částic, kvanta světla. Při dopadu na těleso na něj fotony přenášejí svou hybnost, tedy vyvíjejí tlak.
Sluneční plachta
Friedrich Arturovič Zander
I když je míra lehkého tlaku velmi malá, přesto může být pro člověka prospěšná.
Zpátky v roce 1920 Sovětský vědec a vynálezce Friedrich Arturovič Zander, jeden z tvůrců první rakety na kapalné palivo, předložil myšlenku létat do vesmíru pomocí solární plachta . Byla velmi jednoduchá. Sluneční světlo se skládá z fotonů. A vytvářejí tlak a přenášejí svůj impuls na jakýkoli osvětlený povrch. Proto lze k pohonu kosmické lodi použít tlak generovaný slunečním zářením nebo laserem na zrcadlovém povrchu. Taková plachta nevyžaduje raketové palivo a její trvání je neomezené. A to umožní nést více nákladu ve srovnání s běžnou kosmickou lodí s proudovým motorem.
Sluneční plachta
Ale zatím se jedná pouze o projekty na vytvoření hvězdných lodí se solární plachtou jako hlavním motorem.