Kerge surve täielikult imavale pinnale. A. Kerge surve. Valemid elektromagnetkiirguse rõhu määramiseks, kui see langeb nurga all
Üheks katseliseks kinnituseks impulsi olemasolu kohta footonites on valgusrõhu olemasolu (Lebedevi katsed).
Laine selgitus (Maxwelli järgi): indutseeritud voolude vastastikmõju laine magnetväljaga.
Kvanti vaatenurgast on valguse rõhk pinnale tingitud sellest, et selle pinnaga kokkupõrkel kannab iga footon sellele oma impulsi. Kuna footon saab liikuda valguse kiirusel ainult vaakumis, tuleks valguse peegeldumist keha pinnalt käsitleda footonite “taasemissiooni” protsessina – langev footon neeldub pinnale ja seejärel selle poolt vastupidise impulsi suunaga uuesti välja kiirgab.
Vaatleme valgusrõhku, mida keha pinnale avaldab pinnaga risti langev monokromaatilise kiirguse voog.
Laske langeda ajaühiku kohta keha pindalaühiku kohta P footonid. Kui valguse peegelduse koefitsient keha pinnalt on võrdne R, See Rn footonid peegelduvad ja (1 –R) p- imendunud. Iga peegeldunud footon kannab seinale impulsi, mis on võrdne 2р f =2hv/c (peegeldumisel muutub footoni impulss – r f). Iga neeldunud footon kannab oma hoo üle seinale r f =hv/c .Valgusrõhk pinnale on võrdne impulsiga, mille kõik pinnad 1 s jooksul edasi annavad P footonid:
, (11-12)
Kus I=nhv – kõigi ühikulisele pinnale langevate footonite energia ajaühikus, st valguse intensiivsus ja w=I/c – langeva kiirguse mahuline energiatihedus. Seda valemit testiti eksperimentaalselt ja see leidis kinnitust Lebedevi katsetes.
4. Footongaas. Bosonid. Bose-Einsteini jaotus.
Vaatleme valgust kui footonite kogumit, mis on suletud peegelseintega õõnsuse sees. Valguse rõhk peegeldavale pinnale peaks olema sama, mis oleks siis, kui footonid peegelduksid pinnalt peegeldavalt nagu absoluutselt elastsed kuulid.
Leiame ideaalis peegeldavatele seintele avaldatava surve| suletud õõnsus.
Lihtsuse huvides eeldame, et õõnsus on kuubikujuline. Kiirguse isotroopsuse tõttu võime eeldada, et kõik footoni liikumise suunad on võrdselt tõenäolised. Footonite vahel puudub interaktsioon (nende sagedus kokkupõrgete käigus ei muutu). Seetõttu liiguvad footonid nagu ideaalse üheaatomilise gaasi molekulid.
Ideaalse gaasi rõhu õõnsuse seintele leiame gaaside kineetilise teooria põhivõrrandist:
Aga footonite jaoks m=hvi/c2, υi=с ja seega mυ i 2 = hv i.Seega,
Kus W on kõigi õõnsuses olevate footonite koguenergia ja rõhk selle seintele
Siin w- mahuline kiirguse energiatihedus. Kui meie õõnsuses olevate footonite sagedused on vahemikus 0 kuni ∞, siis w saab määrata järgmise valemiga:
(11-14)
Siin ρ(ν) - mahuline kiirgusenergia tihedus sagedusvahemikus ν kuni ν+dν.
Funktsioon ρ(ν) leitakse, kasutades footonite spetsiaalset kvantjaotust energia (sageduse) järgi, - levitamine Bose-Einstein (B-E).
1. Erinevalt Maxwelli jaotusest, mis iseloomustab osakeste jaotust kiirus- (impulss)ruumis, kirjeldab kvantjaotus osakeste energiaid. osakeste momentide ja koordinaatide poolt moodustatud faasiruumis.
2. Faasiruumi elementaarruumala on võrdne (korrutame kõik koordinaatide sammud):
3. Maht oleku kohta on võrdne h 3 .
4. Olekute arv dg i kvantstatistikas elementaarfaasi mahus paiknev kiirgus saadakse ruumala (11-15) jagamisel h 3:
5. Levitamine B-E täisarvuliste spinniga osakeste süsteemid järgivad. Nad said nime bosonid. Nende osakeste hulka kuuluvad ka footonid. Nende spinn võtab täisarvulisi väärtusi. Footoni nurkimpulss omandab väärtuse mh/2π, Kus m = 1. 2,3… Footonite Bose-Einsteini jaotusfunktsioon on järgmisel kujul:
, (11-16)
Kus. ΔN – footonite arv ruumalas dV, n i - osakeste keskmine arv ühes energiaseisundis koos energiaga W i mida nimetatakse k - Boltzmanni konstant, T- absoluutne temperatuur. Koefitsient 2 ilmneb valguse kahe võimaliku polarisatsioonisuuna olemasolu tõttu (polarisatsioonitasandi pöörlemine vasakule ja paremale).
Osariikide koguarv mahus V(pärast ruumala integreerimist ja footoni impulsi vaheliste suhete kasutamist R ja tema energiat W,νр = hv/c, W= hv ):
kus ν on sagedus, Koos - valguse kiirus vaakumis.
Fotonite arv energiaga alates W enne W+dW mahus V:
Leiame mahulise kiirguse energiatiheduse sagedusvahemikus ν kuni ν +dν, korrutades (11-16) ühe footoni energiaga hν :
. (11-18)
Kiirgusrõhu leiame valemite (11-13), (11-14) ja (11-18) abil:
Kiirguse olekuvõrrand:
Ruumi V kiirgusenergia (Stefan-Boltzmanni seadus):
Energeetilise heleduse ja mahulise kiirguse energiatiheduse vaheline seos (tuleneb Plancki valemi võrdlusest valemiga (11-18):
RE (ν,T)= (c/4)ρ(ν,T).
Täna pühendame vestluse sellisele nähtusele nagu kerge surve. Vaatleme avastuse eeldusi ja tagajärgi teadusele.
Valgus ja värv
Inimvõimete müsteerium on inimesi iidsetest aegadest saati muretsenud. Kuidas silm näeb? Miks värvid eksisteerivad? Mis on põhjus, miks maailm on selline, nagu me seda tajume? Kui kaugele inimene näeb? Katsed päikesekiire lammutamiseks spektriks viis Newton läbi 17. sajandil. Ta pani ka range matemaatilise aluse mitmetele erinevatele faktidele, mis sel ajal valguse kohta teada olid. Ja Newtoni teooria ennustas palju: näiteks avastusi, mida saab seletada ainult kvantfüüsika (valguse kõrvalekaldumine gravitatsiooniväljas). Kuid tolleaegne füüsika ei teadnud ega mõistnud täpselt valguse olemust.
Laine või osake
Alates sellest, kui teadlased üle maailma hakkasid mõistma valguse olemust, on tekkinud arutelu: mis on kiirgus, laine või osake (kehake)? Mõned faktid (murdumine, peegeldus ja polarisatsioon) kinnitasid esimest teooriat. Teised (lineaarne levimine takistuste puudumisel, kerge rõhk) - teine. Kuid ainult kvantfüüsika suutis selle vaidluse rahustada, ühendades need kaks versiooni üheks ühiseks. väidab, et igal mikroosakel, sealhulgas footonil, on nii laine kui ka osakese omadused. See tähendab, et valguse kvantil on sellised omadused nagu sagedus, amplituud ja lainepikkus, aga ka impulss ja mass. Teeme kohe broneeringu: footonitel pole puhkemassi. Olles elektromagnetvälja kvant, kannavad nad energiat ja massi ainult liikumise käigus. See on mõiste "valgus" olemus. Füüsika on seda tänapäeval üsna üksikasjalikult selgitanud.
Lainepikkus ja energia
"Laineenergia" mõistet mainiti just eespool. Einstein tõestas veenvalt, et energia ja mass on identsed mõisted. Kui footon kannab energiat, peab sellel olema mass. Valguskvant on aga “kaval” osake: kui footon kohtab takistust, loovutab ta täielikult oma energia ainele, muutub selleks ja kaotab oma individuaalse olemuse. Lisaks võivad teatud asjaolud (näiteks tugev kuumenemine) põhjustada metallide ja gaaside varem pimedas ja rahulikus sisemuses valguse kiirgamist. Footoni impulsi, mis on massi olemasolu otsene tagajärg, saab määrata valguse rõhu abil. Venemaa teadlased on seda hämmastavat tõsiasja veenvalt tõestanud.
Lebedevi kogemus
Vene teadlane Pjotr Nikolajevitš Lebedev viis 1899. aastal läbi järgmise katse. Ta riputas risttala peenikese hõbedase niidi külge. Teadlane kinnitas risttala otstele kaks samast ainest valmistatud plaati. Nende hulka kuulusid hõbedane foolium, kuld ja isegi vilgukivi. Seega tekkisid omamoodi kaalud. Ainult nemad ei mõõtnud mitte ülalt, vaid küljelt vajutava koormuse kaalu igale plaadile. Lebedev asetas kogu selle konstruktsiooni klaaskatte alla, et tuul ja juhuslikud õhutiheduse kõikumised seda mõjutada ei saaks. Edasi tahaksin kirjutada, et ta lõi kaane alla vaakumi. Kuid sel ajal oli võimatu saavutada isegi keskmist vaakumit. Seega ütleme, et ta lõi klaaskatte all tugevalt ja valgustas vaheldumisi üht plaati, jättes teise varju. Pindadele suunatud valguse hulk oli ette määratud. Paindenurga põhjal tegi Lebedev kindlaks, milline impulss valgust plaatidele edastas.
Valemid elektromagnetilise kiirguse rõhu määramiseks kiire normaalse langemise korral
Selgitagem kõigepealt, mis on "tavaline kukkumine"? Valgus langeb pinnale tavaliselt, kui see on suunatud pinnaga rangelt risti. See seab probleemile piirangud: pind peab olema täiesti sile ja kiirguskiir peab olema väga täpselt suunatud. Sel juhul arvutatakse rõhk:
k on läbilaskvustegur, ρ on peegeldustegur, I on langeva valguskiire intensiivsus, c on valguse kiirus vaakumis.
Kuid ilmselt on lugeja juba aimanud, et sellist ideaalset tegurite kombinatsiooni pole olemas. Isegi kui me ei võta arvesse pinna ideaalsust, on valguse langemise korraldamine rangelt risti üsna keeruline.
Valemid elektromagnetkiirguse rõhu määramiseks, kui see langeb nurga all
Valguse rõhk nurga all olevale peegelpinnale arvutatakse teise valemi abil, mis sisaldab juba vektorelemente:
p= ω ((1-k)i+ρi’)cos ϴ
Suurused p, i, i’ on vektorid. Sel juhul on k ja ρ, nagu ka eelmises valemis, vastavalt läbilaskvus- ja peegelduskoefitsiendid. Uued väärtused tähendavad järgmist:
- ω - mahuline kiirguse energiatihedus;
- i ja i’ on ühikvektorid, mis näitavad langeva ja peegeldunud valgusvihu suunda (need määravad suunad, mida mööda mõjuvad jõud tuleks liita);
- ϴ on normaalnurk, mille alla valguskiir langeb (ja vastavalt peegeldub, kuna pind peegeldub).
Tuletame lugejale meelde, et normaal on pinnaga risti, seega kui ülesanne annab valguse langemisnurga pinnale, siis ϴ on 90 kraadi miinus antud väärtus.
Elektromagnetilise kiirguse rõhunähtuse rakendamine
Füüsikat õppivale tudengile tunduvad paljud valemid, mõisted ja nähtused igavad. Sest reeglina räägib õpetaja teoreetilistest aspektidest, kuid harva saab tuua näiteid teatud nähtuste kasulikkusest. Ärgem süüdistagem selles kooliõpetajaid: nad on programmi poolt väga piiratud, tunni jooksul tuleb läbida mahukas materjal ja veel jääb aega õpilaste teadmisi proovile panna.
Sellegipoolest on meie uuringu objektil palju huvitavaid rakendusi:
- Nüüd saab peaaegu iga oma õppeasutuse laboris olev koolilaps Lebedevi katset korrata. Kuid siis oli eksperimentaalsete andmete kokkulangemine teoreetiliste arvutustega tõeline läbimurre. Esmakordselt 20% veaga läbi viidud eksperiment võimaldas teadlastel üle maailma välja töötada uue füüsikaharu – kvantoptika.
- Kõrge energiaga prootonite tootmine (näiteks erinevate ainete kiiritamiseks) õhukeste kilede kiirendamise teel laserimpulsiga.
- Võttes arvesse Päikesest lähtuva elektromagnetilise kiirguse survet Maalähedaste objektide, sealhulgas satelliitide ja kosmosejaamade pinnale, on võimalik nende orbiiti suurema täpsusega korrigeerida ning takistab nende seadmete Maale kukkumist.
Ülaltoodud rakendused on praegu reaalses maailmas olemas. Kuid on ka potentsiaalseid võimalusi, mis pole veel realiseerunud, sest inimkonna tehnoloogia pole veel saavutanud nõutavat taset. Nende hulgas:
- Päikese puri. Tema abiga oleks võimalik maa- ja isegi päikeselähedases ruumis liigutada päris suuri koormaid. Valgus annab väikese impulsi, kuid purjepinna soovitud asendit arvestades oleks kiirendus konstantne. Hõõrdumise puudumisel piisab kiiruse suurendamisest ja kauba kohaletoimetamisest päikesesüsteemi soovitud punkti.
- Fotoni mootor. See tehnoloogia võib võimaldada inimesel ületada oma põlise tähe gravitatsiooni ja lennata teistesse maailmadesse. Erinevus seisneb selles, et päikeseimpulsse genereerib kunstlikult loodud seade, näiteks termotuumamootor.
Sõnum administraatorilt:
Poisid! Kes on juba ammu tahtnud inglise keelt õppida?
Mine ja saada kaks tasuta õppetundi SkyEng inglise keele koolis!
Ma ise õpin seal - see on väga lahe. Edusamme on.
Rakenduses saate õppida sõnu, treenida kuulamist ja hääldust.
Proovi. Minu lingi abil kaks õppetundi tasuta!
Klõpsake
Footonite voog (valgus), mis pinnaga kokkupõrkel avaldab survet.
Neelavale pinnale langevate footonite voog:
Peegelpinnale langevate footonite voog:
Pinnale langevate footonite voog:
Valgusrõhu füüsiline tähendus:
Valgus on footonite voog, siis klassikalise mehaanika põhimõtete kohaselt peavad osakesed kehale pihta sattudes sellele hoogu üle kandma ehk teisisõnu survet avaldama.
Seade, mõõdud kerge surve, oli väga tundlik väändünamomeeter (torsioonskaala). Selle seadme lõi Lebedev. Selle liikuv osa oli õhukesele karjääriniidile riputatud kerge raam, millele olid kinnitatud tiivad – kuni 0,01 mm paksused heledad ja mustad kettad. Tiivad olid valmistatud metallfooliumist. Raam riputati anuma sees, millest õhk välja pumbati. Tiibadele langev valgus avaldas heledatele ja mustadele ketastele erinevat survet. Selle tulemusena mõjus raamile pöördemoment, mis väänas vedrustuse keerme. Kerge rõhu määramiseks kasutati niidi keerdnurka.
Valemis kasutasime:
Jõud, millega footon surub
Pinnaala, millele tekib kerge surve
Ühe footoni hoog
See videotund on pühendatud teemale „Kerge surve. Lebedevi katsed. Lebedevi katsed avaldasid teadusmaailmale tohutut muljet, kuna tänu neile mõõdeti esimest korda valguse rõhku ja tõestati Maxwelli teooria paikapidavust. Kuidas ta seda tegi? Vastuse sellele ja paljudele teistele huvitavatele valguse kvantteooriaga seotud küsimustele saate sellest põnevast füüsikatunnist.
Teema: Kerge surve
Õppetund: Kerge surve. Lebedevi katsed
Hüpoteesi valgusrõhu olemasolu kohta esitas esmakordselt Johannes Kepler 17. sajandil, et selgitada komeedi sabade fenomeni, kui need lendavad Päikese lähedal.
Maxwell, tuginedes valguse elektromagnetilisele teooriale, ennustas, et valgus peaks avaldama takistusele survet.
Laine elektrivälja mõjul elektronid kehades võnguvad – tekib elektrivool. See vool on suunatud piki elektrivälja tugevust. Korralikult liikuvatele elektronidele mõjub magnetväljast tulenev Lorentzi jõud, mis on suunatud laine levimise suunas – see on kerge survejõud(joonis 1).
Riis. 1. Maxwelli eksperiment
Maxwelli teooria tõestamiseks oli vaja mõõta valguse rõhku. Valguse rõhku mõõtis esmakordselt vene füüsik Pjotr Nikolajevitš Lebedev 1900. aastal (joonis 2).
Riis. 2. Petr Nikolajevitš Lebedev
Riis. 3. Lebedevi seade
Lebedevi seade (joon. 3) koosneb õhukesel klaasniidil olevast valgusvardast, mille äärtele on kinnitatud kerged tiivad. Kogu seade asetati klaasnõusse, kust õhk välja pumbati. Valgus langeb varda ühel küljel asuvatele tiibadele. Surve väärtust saab hinnata keerme pöördenurga järgi. Valguse rõhu täpse mõõtmise raskus oli tingitud asjaolust, et kogu õhku anumast välja pumbata oli võimatu. Katse käigus algas õhumolekulide liikumine, mille põhjustas anuma tiibade ja seinte ebaühtlane kuumenemine. Tiibu ei saa täiesti vertikaalselt riputada. Kuumutatud õhuvoolud tõusevad ülespoole ja mõjuvad tiibadele, mis toob kaasa täiendavaid pöördemomente. Samuti mõjutab niidi keerdumist tiibade külgede ebaühtlane kuumenemine. Valgusallika poole jääv külg soojeneb rohkem kui vastaskülg. Kuumemalt küljelt peegelduvad molekulid annavad tiibadele rohkem hoogu.
Riis. 4. Lebedevi seade
Riis. 5. Lebedevi seade
Lebedev suutis kõigist raskustest üle saada, vaatamata tolleaegse eksperimentaaltehnoloogia madalale tasemele. Ta võttis väga suure anuma ja väga õhukesed tiivad. Tiib koosnes kahest paarist õhukestest plaatinast ringidest. Iga paari üks ring oli mõlemalt poolt läikiv. Teistel külgedel oli üks külg kaetud plaatina nielloga. Veelgi enam, mõlemad ringipaarid erinesid paksuselt.
Konvektsioonivoolude välistamiseks suunas Lebedev ühelt või teiselt poolt tiibadele valgusvihud. Seega olid tiibadele mõjuvad jõud tasakaalus (joon. 4-5).
Riis. 6. Lebedevi seade
Riis. 7. Lebedevi seade
Seega tõestati ja mõõdeti valguse rõhk tahketele ainetele (joon. 6-7). Selle rõhu väärtus langes kokku Maxwelli ennustatud rõhuga.
Kolm aastat hiljem õnnestus Lebedevil teha veel üks katse – mõõta valguse rõhku gaasidele (joon. 8).
Riis. 8. Paigaldus valguse rõhu mõõtmiseks gaasidele
Lord Kelvin: "Võib-olla teate, et kogu oma elu võitlesin Maxwelliga, mõistmata tema kerget survet, ja nüüd sundis teie Lebedev mind oma katsetele alistuma."
Valguse kvantteooria tekkimine võimaldas lihtsamalt selgitada valguse rõhu põhjust.
Footonitel on hoog. Kui keha imendub, edastavad nad oma impulsi sellele. Sellist koostoimet võib pidada täiesti mitteelastseks mõjuks.
Iga footoni pinnale avaldatav jõud on:
Kerge surve pinnale:
Footoni interaktsioon peegelpinnaga
Selle interaktsiooni korral saadakse absoluutselt elastne vastastikmõju. Kui footon langeb pinnale, peegeldub see sellelt sama kiiruse ja hooga, millega ta sellele pinnale langes. Impulsi muutus on kaks korda suurem kui footoni kukkumisel mustale pinnale, valguse rõhk kahekordistub.
Looduses pole aineid, mille pind footoneid täielikult neelaks või peegeldaks. Seetõttu tuleb tegelikele kehadele avalduva valgusrõhu arvutamiseks arvestada, et osa footoneid neeldub selles kehas ja osa peegeldub.
Lebedevi katseid võib pidada eksperimentaalseks tõendiks, et footonitel on hoog. Kuigi valgusrõhk on tavatingimustes väga madal, võib selle mõju olla märkimisväärne. Päikese rõhu põhjal töötati kosmoselaevade jaoks välja puri, mis võimaldab neil valguse rõhu all kosmoses liikuda (joon. 11).
Riis. 11. Kosmoselaeva puri
Valguse rõhk tekib Maxwelli teooria kohaselt Lorentzi jõu toimel elektronidele, mis sooritavad võnkuvaid liikumisi elektromagnetlaine elektrivälja mõjul.
Kvantteooria seisukohalt tekib valgusrõhk footonite koosmõjul pinnaga, millele nad langevad.
Maxwelli tehtud arvutused langesid kokku Lebedevi tulemustega. See tõestab selgelt valguse kvantlaine dualismi.
Crookesi katsed
Lebedev avastas esimesena katseliselt kerge rõhu ja suutis seda mõõta. Katse oli uskumatult keeruline, kuid on olemas teaduslik mänguasi – Crookesi eksperiment (joonis 12).
Riis. 12. Crookesi eksperiment
Väike sõukruvi, mis koosneb neljast kroonlehest, asub nõelal, mis on kaetud klaaskorgiga. Kui valgustate seda propellerit valgusega, hakkab see pöörlema. Kui vaadata seda propellerit vabas õhus, kui tuul peale puhub, siis selle pöörlemine ei üllataks kedagi, kuid sel juhul ei lase klaaskate õhuvooludel propellerile mõjuda. Seetõttu on selle liikumise põhjus valgus.
Inglise füüsik William Crookes lõi kogemata esimese kerge vurr.
1873. aastal otsustas Crookes määrata elemendi talliumi aatommassi ja kaaluda seda väga täpsel kaalul. Et juhuslikud õhuvoolud ei moonutaks kaalumispilti, otsustas Crookes riputada nookurid vaakumis. Ta tegi seda ja oli üllatunud, kuna tema kõige peenemad soomused olid kuumuse suhtes tundlikud. Kui soojusallikas oli objekti all, vähendas see selle kaalu, kui üleval, siis suurendas seda.
Olles seda juhuslikku kogemust täiustanud, tuli Crookes välja mänguasjaga - radiomeetri (valgusveski). Crookesi radiomeeter on nelja labaga tiivik, mis on väikese vaakumi all klaaskolbi sees nõelale tasakaalustatud. Kui tera tabab valguskiir, hakkab tiivik pöörlema, mida mõnikord seletatakse valesti kerge survega. Tegelikult on väände põhjuseks radiomeetriline efekt. Tõukejõu tekkimine, mis on tingitud tera valgustatud (soojendatud) ja vastaspoolele valgustamata (külmema) poole tabavate gaasimolekulide kineetilise energia erinevusest.
- Valguse surve ja olude surve ().
- Pjotr Nikolajevitš Lebedev ().
- Crookesi radiomeeter ().
Selgub, et rõhku ei saa tekitada ainult tahked ained, vedelikud ja gaasid. Keha pinnale langedes avaldab sellele survet ka kerge elektromagnetkiirgus.
Valgusrõhu teooria
Johannes Kepler
Esimest korda tehti eeldus, et on olemas kerge rõhk Saksa teadlane Johannes Kepler 17. sajandil. Päikese lähedal lendavate komeetide käitumist uurides märkas ta, et komeedi saba kaldub alati Päikesele vastassuunas. Kepler teoretiseeris, et millegipärast põhjustas selle kõrvalekalde päikesevalgus.
Kerge rõhu teoreetilist olemasolu ennustati 19. sajandil Briti füüsik James Clerk Maxwell, kes lõi elektromagnetilise teooria ja väitis, et valgus on ka elektromagnetiline vibratsioon ja see peaks avaldama survet takistustele.
James Clerk Maxwell
Valgus on elektromagnetlaine. See loob elektrivälja, mille mõjul võnguvad tema teel kohatud kehas elektronid. Kehasse ilmub elektrivool, mis on suunatud piki elektrivälja tugevust. Magnetväli mõjutab elektrone Lorentzi jõud. Selle suund langeb kokku valguslaine levimissuunaga. See jõud on kerge survejõud .
Maxwelli arvutuste kohaselt tekitab päikesevalgus Maa peal asuvale mustale plaadile teatud väärtusega rõhku (p = 4 · 10 -6 N/m 2). Ja kui võtate musta plaadi asemel peegeldava, on valguse rõhk 2 korda suurem.
Kuid see oli vaid teoreetiline oletus. Selle tõestamiseks oli vaja teooriat kinnitada praktilise katsega ehk mõõta valgusrõhu väärtust. Kuid kuna selle väärtus on väga väike, on seda praktikas äärmiselt raske teha.
Pjotr Nikolajevitš Lebedev
Praktikas seda tehti Vene eksperimentaalfüüsik Pjotr Nikolajevitš Lebedev. Tema 1899. aastal läbiviidud katse kinnitas Maxwelli oletust, et tahketel ainetel on kerge rõhk.
Lebedevi kogemus
Lebedevi katse skemaatiline esitus
Oma katse läbiviimiseks lõi Lebedev spetsiaalse seadme, milleks oli klaasnõu. Anuma sisse asetati õhukesel klaasniidil olev valgusvarras. Selle varda äärtele kinnitati erinevatest metallidest ja vilgukivist õhukesed kerged tiivad. Õhk pumbati laevast välja. Kasutades spetsiaalseid valgusallikast ja peeglitest koosnevaid optilisi süsteeme, suunati valguskiir varda ühel küljel asuvatele tiibadele. Kerge surve mõjul varras pöörles ja niit väändus teatud nurga all. Valgusrõhu suurus määrati selle nurga suuruse järgi.
Lebedevi seade
Kuid see katse ei andnud täpseid tulemusi. Selle elluviimisel olid omad raskused. Kuna tol ajal vaakumpumpasid ei eksisteerinud, kasutati tavalisi mehaanilisi pumpasid. Ja nende abiga oli võimatu tekitada anumas absoluutset vaakumit. Isegi pärast väljapumpamist jäi sinna veidi õhku. Laeva tiibu ja seinu kuumutati erinevalt. Valgusvihu poole jääv külg kuumenes kiiremini. Ja see põhjustas õhumolekulide liikumise. Soojema õhuvoolud tõusid ülespoole. Kuna tiibu pole võimalik absoluutselt vertikaalselt paigaldada, tekitasid need voolud täiendavaid pöördemomente. Lisaks ei kuumene tiivad ise võrdselt. Valgusallika poole jääv külg muutus kuumaks. Selle tulemusena tekkis täiendav mõju keerme pöördenurgale.
Katse täpsemaks muutmiseks võttis Lebedev väga suure anuma. Ta tegi tiiva kahest paarist väga õhukestest plaatinast ringidest. Pealegi erines ühe paari ringide paksus teise paari ringide paksusest. Varda ühel küljel olid ringid mõlemalt poolt läikivad, teisel pool oli kaetud plaatina nielloga. Neile suunati ühelt või teiselt poolt valgusvihud, et tasakaalustada tiibadele mõjuvaid jõude. Selle tulemusena mõõdeti kerget survet tiibadele. Katsetulemused kinnitasid Maxwelli teoreetilisi oletusi valgusrõhu olemasolu kohta. Ja selle suurusjärk oli peaaegu sama, mida Maxwell ennustas.
Aastatel 1907-1910 Täpsemaid katseid kasutades mõõtis Lebedev valguse rõhku gaasidele.
Valgusel, nagu igal elektromagnetkiirgusel, on energiat E .
Selle hoog p = E v / c 2 ,
Kus v - elektromagnetilise kiirguse kiirus,
c - valguse kiirus.
Sest v = Koos , See p = E/s .
Kvantteooria tulekuga hakati valgust käsitlema footonite voona – elementaarosakeste, valguskvantidena. Keha tabamisel kannavad footonid sellele oma impulsi ehk avaldavad survet.
Päikese puri
Friedrich Arturovitš Zander
Kuigi kerge surve hulk on väga väike, võib see siiski inimesele kasulik olla.
Tagasi aastal 1920 Nõukogude teadlane ja leiutaja Friedrich Arturovitš Zander, üks esimese vedelkütuse raketi loojatest, esitas idee lennata kosmosesse, kasutades päikesepuri . Ta oli väga lihtne. Päikesevalgus koosneb footonitest. Ja nad tekitavad survet, kandes oma impulsi üle mis tahes valgustatud pinnale. Seetõttu saab kosmoselaeva edasiliikumiseks kasutada päikesevalguse või laseri peegelpinnale tekitatud rõhku. Selline puri ei vaja raketikütust ja selle kestus on piiramatu. Ja see võimaldab vedada rohkem lasti võrreldes tavalise reaktiivmootoriga kosmoselaevaga.
Päikese puri
Kuid seni on need vaid projektid, mille eesmärk on luua tähelaevu, mille peamasinaks on päikesepuri.