Թեթև ճնշում ամբողջովին կլանող մակերեսի վրա: Ա. Թեթև ճնշում: Էլեկտրամագնիսական ճառագայթման ճնշումը անկյան տակ ընկնելիս որոշելու բանաձևեր
Ֆոտոններում իմպուլսի առկայության փորձարարական հաստատումներից է լուսային ճնշման առկայությունը (Լեբեդեւի փորձերը)։
Ալիքի բացատրություն (ըստ Մաքսվելի). ինդուկտիվ հոսանքների փոխազդեցությունը ալիքի մագնիսական դաշտի հետ։
Քվանտային տեսանկյունից լույսի ճնշումը մակերեսի վրա պայմանավորված է նրանով, որ այս մակերեսի հետ բախվելիս յուրաքանչյուր ֆոտոն իր իմպուլսը փոխանցում է նրան։ Քանի որ ֆոտոնը կարող է շարժվել լույսի արագությամբ միայն վակուումում, մարմնի մակերևույթից լույսի արտացոլումը պետք է դիտարկել որպես ֆոտոնների «վերարտադրման» գործընթաց. նորից արտանետվել է նրա կողմից իմպուլսի հակառակ ուղղությամբ։
Դիտարկենք լույսի ճնշումը, որը գործադրվում է մարմնի մակերևույթի վրա մակերևույթին ուղղահայաց միագույն ճառագայթման հոսքի միջոցով:
Թող մարմնի մակերեսի մեկ միավորի մեկ միավորի համար ընկնի Պֆոտոններ. Եթե մարմնի մակերեւույթից լույսի անդրադարձման գործակիցը հավասար է Ռ,Դա Rn ֆոտոնները արտացոլվում են և (1 –R) p- կլանված. Յուրաքանչյուր արտացոլված ֆոտոն պատին փոխանցում է իմպուլս, որը հավասար է 2р f =2hv/c (արտացոլվելիս ֆոտոնի իմպուլսը փոխվում է – r f): Յուրաքանչյուր կլանված ֆոտոն իր թափը փոխանցում է պատին r f =hv/c .Մակերևույթի վրա լույսի ճնշումը հավասար է այն իմպուլսին, որը բոլոր մակերեսները փոխանցում են 1 վրկ-ում Պֆոտոններ:
, (11-12)
Որտեղ I=nhv – բոլոր ֆոտոնների էներգիան, որոնք ընկնում են միավորի մակերեսի վրա մեկ միավոր ժամանակում, այսինքն՝ լույսի ինտենսիվությունը, և w=I/c - հարվածող ճառագայթման ծավալային էներգիայի խտությունը. Այս բանաձեւը փորձարկվել է փորձնականորեն եւ հաստատվել Լեբեդեւի փորձերում։
4. Ֆոտոն գազ. Բոզոններ. Բոզե-Էյնշտեյն բաշխում.
Դիտարկենք լույսը որպես ֆոտոնների հավաքածու, որոնք գտնվում են հայելային պատերով փակ խոռոչի ներսում։ Լույսի ճնշումը ակնառու անդրադարձող մակերեսի վրա պետք է լինի նույնը, ինչ կլիներ, եթե ֆոտոնները ակնառու կերպով արտացոլվեին մակերեսից բացարձակ առաձգական գնդիկների պես:
Գտնենք իդեալական արտացոլող պատերի վրա գործադրվող ճնշումը| փակ խոռոչ.
Պարզության համար ենթադրում ենք, որ խոռոչը խորանարդաձեւ է։ Ճառագայթման իզոտրոպիայի շնորհիվ մենք կարող ենք ենթադրել, որ ֆոտոնների շարժման բոլոր ուղղությունները հավասարապես հավանական են։ Ֆոտոնների միջև փոխազդեցություն չկա (բախումների ժամանակ դրանց հաճախականությունը չի փոխվում)։ Հետևաբար, ֆոտոնները շարժվում են իդեալական միատոմ գազի մոլեկուլների նման։
Իդեալական գազի ճնշումը խոռոչի պատերի վրա մենք գտնում ենք գազերի կինետիկ տեսության հիմնական հավասարումից.
Բայց ֆոտոնների համար m=hv i /c 2, υ i=с և հետևաբար mυ i 2 = hv i.Այսպիսով,
Որտեղ Վխոռոչի բոլոր ֆոտոնների ընդհանուր էներգիան է և ճնշումը նրա պատերի վրա
Այստեղ w-ծավալային ճառագայթման էներգիայի խտությունը. Եթե մեր խոռոչի ներսում ֆոտոններն ունեն 0-ից մինչև ∞ հաճախականություններ, ապա wկարելի է որոշել բանաձևով.
(11-14)
Այստեղ ρ(ν) - ծավալային ճառագայթման էներգիայի խտությունը ν-ից մինչև ν+dν հաճախականության միջակայքում:
Գործառույթ ρ(ν) հայտնաբերվել է էներգիայի (հաճախականության) միջոցով ֆոտոնների հատուկ քվանտային բաշխման միջոցով, - բաշխում Բոզե-Էյնշտեյն (B-E).
1. Ի տարբերություն Մաքսվելի բաշխման, որը բնութագրում է մասնիկների բաշխումը արագության (մոմենտում) տարածության մեջ, քվանտային բաշխումը նկարագրում է մասնիկների էներգիան. մասնիկների մոմենտի և կոորդինատների կողմից ձևավորված փուլային տարածության մեջ:
2. Ֆազային տարածության տարրական ծավալը հավասար է (եկեք բազմապատկենք բոլոր կոորդինատային հավելումները).
3. Մեկ պետության ծավալը հավասար է ժ 3 .
4. Պետությունների թիվը dg iՔվանտային վիճակագրության մեջ տարրական փուլային ծավալում տեղակայված ճառագայթումը ստացվում է ծավալը (11-15) բաժանելով. ժ 3:
5. Բաշխում ԼԻՆԵԼ ամբողջ թվով սպին ունեցող մասնիկների համակարգերը ենթարկվում են. Նրանք ստացել են անունը բոզոններ. Այս մասնիկները ներառում են նաև ֆոտոններ։ Նրանց սպինը ընդունում է ամբողջ թվեր։ Ֆոտոնի անկյունային իմպուլսը ստանում է արժեք mh/2π, Որտեղ մ = 1. 2,3… Ֆոտոնների համար Bose-Einstein բաշխման ֆունկցիան ունի հետևյալ ձևը.
, (11-16)
Որտեղ. ΔN – ֆոտոնների քանակը dV ծավալով, n i - էներգիայով մեկ էներգետիկ վիճակում գտնվող մասնիկների միջին թիվը W iորը կոչվում է կ - Բոլցմանի հաստատուն, Տ- բացարձակ ջերմաստիճան. 2 գործակիցը հայտնվում է լույսի բևեռացման երկու հնարավոր ուղղությունների առկայության պատճառով (բևեռացման հարթության ձախ և աջ պտույտ):
Պետությունների ընդհանուր թիվը ծավալով Վ(ծավալի վրա ինտեգրվելուց և ֆոտոնների իմպուլսի միջև կապերն օգտագործելուց հետո Ռև նրա էներգիան W,նр =hv/c, W= hv ):
որտեղ ν-ը հաճախականությունն է, Հետ -լույսի արագությունը վակուումում.
ից էներգիա ունեցող ֆոտոնների թիվը Վնախքան W+dWծավալով V:
Մենք գտնում ենք ճառագայթման ծավալային էներգիայի խտությունը ν-ից ν +dν հաճախականության միջակայքում՝ բազմապատկելով (11-16) մեկ ֆոտոնի էներգիայով։ hն :
. (11-18)
Մենք գտնում ենք ճառագայթման ճնշումը՝ օգտագործելով (11-13), (11-14) և (11-18) բանաձևերը.
Ռադիացիոն վիճակի հավասարումը.
Ռադիացիոն էներգիա V ծավալից (Ստեֆան-Բոլցմանի օրենք).
Էներգետիկ լուսավորության և ծավալային ճառագայթման էներգիայի խտության միջև կապը (հետևում է Պլանկի բանաձևի համեմատությունից (11-18).
R E (ν,T)= (c/4)ρ(ν,T):
Այսօր մենք զրույց կնվիրենք այնպիսի երեւույթի, ինչպիսին է թեթեւ ճնշումը։ Դիտարկենք հայտնագործության նախադրյալները և դրա հետևանքները գիտության համար։
Լույս և գույն
Մարդկային կարողությունների առեղծվածը հնագույն ժամանակներից անհանգստացրել է մարդկանց։ Ինչպե՞ս է աչքը տեսնում: Ինչու են գոյանում գույները: Ո՞րն է պատճառը, որ աշխարհն այնպիսին է, ինչպիսին մենք ենք ընկալում: Որքա՞ն հեռու կարող է տեսնել մարդը: Արեգակնային ճառագայթների սպեկտրի տարրալուծման հետ կապված փորձերը Նյուտոնն իրականացրել է 17-րդ դարում։ Նա նաև խիստ մաթեմատիկական հիմք դրեց մի շարք տարբեր փաստերի համար, որոնք հայտնի էին լույսի մասին այն ժամանակ։ Եվ Նյուտոնի տեսությունը շատ բան էր կանխատեսում. օրինակ՝ բացահայտումներ, որոնք կարող էր բացատրել միայն քվանտային ֆիզիկան (լույսի շեղումը գրավիտացիոն դաշտում): Բայց այն ժամանակվա ֆիզիկան չգիտեր կամ չէր հասկանում լույսի ճշգրիտ բնույթը։
Ալիք կամ մասնիկ
Քանի որ ամբողջ աշխարհի գիտնականները սկսեցին հասկանալ լույսի էությունը, բանավեճ է ծավալվել՝ ի՞նչ է ճառագայթումը, ալիքը, թե մասնիկը (մարմինը): Որոշ փաստեր (բեկում, արտացոլում և բևեռացում) հաստատեցին առաջին տեսությունը: Մյուսները (գծային տարածում խոչընդոտների բացակայության դեպքում, թեթև ճնշում) - երկրորդը: Այնուամենայնիվ, միայն քվանտային ֆիզիկան կարողացավ հանդարտեցնել այս վեճը՝ համատեղելով երկու տարբերակները մեկ ընդհանուր տարբերակում: նշում է, որ ցանկացած միկրոմասնիկ, ներառյալ ֆոտոնը, ունի և՛ ալիքի, և՛ մասնիկի հատկություններ: Այսինքն՝ լույսի քվանտն ունի այնպիսի բնութագրեր, ինչպիսիք են հաճախականությունը, ամպլիտուդը և ալիքի երկարությունը, ինչպես նաև իմպուլսը և զանգվածը։ Անմիջապես վերապահում անենք՝ ֆոտոնները հանգիստ զանգված չունեն։ Լինելով էլեկտրամագնիսական դաշտի քվանտ՝ նրանք էներգիա և զանգված են կրում միայն շարժման ընթացքում։ Սա է «լույս» հասկացության էությունը: Ֆիզիկան այս օրերին որոշ մանրամասնորեն բացատրել է դա:
Ալիքի երկարություն և էներգիա
«Ալիքի էներգիա» հասկացությունը նշվեց հենց վերևում: Էյնշտեյնը համոզիչ կերպով ապացուցեց, որ էներգիան և զանգվածը նույնական հասկացություններ են։ Եթե ֆոտոնը կրում է էներգիա, ապա այն պետք է ունենա զանգված։ Այնուամենայնիվ, լույսի քվանտը «խորամանկ» մասնիկ է. երբ ֆոտոնը բախվում է խոչընդոտի, այն ամբողջությամբ տալիս է իր էներգիան նյութին, դառնում է այն և կորցնում է իր անհատական էությունը: Ավելին, որոշակի հանգամանքներ (օրինակ՝ ուժեղ ջեռուցում) կարող են առաջացնել մետաղների և գազերի նախկինում մութ ու հանգիստ ինտերիերի լույս արտանետումը։ Ֆոտոնի իմպուլսը՝ զանգվածի առկայության անմիջական հետևանքը, կարելի է որոշել՝ օգտագործելով լույսի ճնշումը։ Ռուսաստանի հետազոտողները համոզիչ կերպով ապացուցել են այս զարմանալի փաստը։
Լեբեդևի փորձը
Ռուս գիտնական Պյոտր Նիկոլաևիչ Լեբեդևը 1899 թվականին կատարել է հետևյալ փորձը. Նա խաչաձողը կախեց բարակ արծաթե թելից։ Գիտնականը նույն նյութից երկու թիթեղ է ամրացրել խաչաձողի ծայրերին։ Դրանք ներառում էին արծաթե փայլաթիթեղ, ոսկի և նույնիսկ միկա։ Այսպիսով, ստեղծվեցին մի տեսակ կշեռքներ. Միայն նրանք չափեցին ոչ թե վերեւից սեղմող բեռի, այլ թիթեղներից յուրաքանչյուրի վրա կողքից սեղմող բեռի քաշը։ Լեբեդևն այս ամբողջ կառույցը տեղադրեց ապակե ծածկույթի տակ, որպեսզի քամին և օդի խտության պատահական տատանումները չկարողանան ազդել դրա վրա։ Ավելին, ես կցանկանայի գրել, որ նա վակուում է ստեղծել կափարիչի տակ: Բայց այն ժամանակ անհնար էր նույնիսկ միջին վակուումի հասնել։ Այսպիսով, մենք կասենք, որ նա ստեղծել է ապակե ծածկույթի տակ ուժեղ և հերթափոխով լուսավորել է մի ափսեը, մյուսը թողնելով ստվերում։ Մակերեւույթների վրա ուղղվող լույսի քանակը կանխորոշված էր: Ելնելով շեղման անկյանց՝ Լեբեդևը որոշել է, թե որ իմպուլսն է լույսը փոխանցել թիթեղներին։
Էլեկտրամագնիսական ճառագայթման ճնշումը որոշելու բանաձևեր ճառագայթների նորմալ անկման ժամանակ
Եկեք նախ բացատրենք, թե ինչ է «նորմալ անկումը»: Լույսը սովորաբար ընկնում է մակերեսի վրա, եթե այն ուղղված է մակերեսին խիստ ուղղահայաց: Սա սահմանափակումներ է դնում խնդրի վրա՝ մակերեսը պետք է կատարյալ հարթ լինի, իսկ ճառագայթման ճառագայթը պետք է ուղղորդվի շատ ճշգրիտ։ Այս դեպքում ճնշումը հաշվարկվում է.
k-ն հաղորդունակության գործակիցն է, ρ-ն անդրադարձման գործակիցն է, I-ը ընկնող լույսի ճառագայթի ինտենսիվությունն է, c-ը լույսի արագությունն է վակուումում:
Բայց, հավանաբար, ընթերցողն արդեն կռահել է, որ գործոնների նման իդեալական համակցություն գոյություն չունի։ Նույնիսկ եթե հաշվի չառնենք մակերեսի իդեալականությունը, բավական դժվար է լույսի անկումը խիստ ուղղահայաց կազմակերպել։
Էլեկտրամագնիսական ճառագայթման ճնշումը անկյան տակ ընկնելիս որոշելու բանաձևեր
Թեթև ճնշումը հայելու մակերեսի վրա անկյան տակ հաշվարկվում է մեկ այլ բանաձևով, որն արդեն պարունակում է վեկտորային տարրեր.
p= ω ((1-k)i+ρi’)cos ϴ
p, i, i’ մեծությունները վեկտորներ են: Այս դեպքում k-ն և ρ-ն, ինչպես և նախորդ բանաձևում, համապատասխանաբար հաղորդունակության և արտացոլման գործակիցներն են: Նոր արժեքները նշանակում են հետևյալը.
- ω - ծավալային ճառագայթման էներգիայի խտություն;
- i-ը և i-ը միավոր վեկտորներ են, որոնք ցույց են տալիս միջադեպի ուղղությունը և լույսի անդրադարձած ճառագայթը (նրանք նշում են այն ուղղությունները, որոնց վրա պետք է ավելացվեն գործող ուժերը).
- ϴ այն անկյունն է դեպի նորմալ, որով լույսի ճառագայթն ընկնում է (և, համապատասխանաբար, արտացոլվում է, քանի որ մակերեսը հայելային է):
Ընթերցողին հիշեցնենք, որ նորմալն ուղղահայաց է մակերեսին, հետևաբար, եթե խնդիրը տալիս է մակերեսին լույսի անկման անկյուն, ապա ϴ-ն 90 աստիճան է մինուս տրված արժեքը։
Էլեկտրամագնիսական ճառագայթման ճնշման երեւույթի կիրառում
Ֆիզիկա սովորող ուսանողին շատ բանաձևեր, հասկացություններ և երևույթներ ձանձրալի են թվում: Որովհետև, որպես կանոն, ուսուցիչը խոսում է տեսական ասպեկտների մասին, բայց հազվադեպ է կարողանում օրինակներ բերել որոշակի երևույթների օգուտների մասին: Սրա համար չմեղադրենք դպրոցի դաստիարակներին. նրանք շատ սահմանափակված են ծրագրով դասի ընթացքում, և դեռևս ժամանակ ունեն՝ ստուգելու աշակերտների գիտելիքները.
Այնուամենայնիվ, մեր ուսումնասիրության առարկան շատ հետաքրքիր կիրառություններ ունի.
- Այժմ գրեթե յուրաքանչյուր դպրոցական իր ուսումնական հաստատության լաբորատորիայում կարող է կրկնել Լեբեդևի փորձը։ Բայց այն ժամանակ փորձարարական տվյալների համընկնումը տեսական հաշվարկների հետ իսկական բեկում էր։ Առաջին անգամ 20% սխալով իրականացված փորձը թույլ տվեց ամբողջ աշխարհի գիտնականներին զարգացնել ֆիզիկայի նոր ճյուղ՝ քվանտային օպտիկա։
- Բարձր էներգիայի պրոտոնների արտադրություն (օրինակ՝ տարբեր նյութերի ճառագայթման համար)՝ լազերային իմպուլսով բարակ թաղանթների արագացման միջոցով։
- Հաշվի առնելով Արեգակի էլեկտրամագնիսական ճառագայթման ճնշումը մերձերկրային օբյեկտների, այդ թվում՝ արբանյակների և տիեզերական կայանների մակերեսի վրա, հնարավորություն է տալիս ավելի մեծ ճշգրտությամբ շտկել դրանց ուղեծիրը և թույլ չի տալիս այդ սարքերը Երկիր ընկնել:
Վերոնշյալ հավելվածներն այժմ գոյություն ունեն իրական աշխարհում: Բայց կան նաև պոտենցիալ հնարավորություններ, որոնք դեռ չեն իրացվել, քանի որ մարդկության տեխնոլոգիան դեռ չի հասել անհրաժեշտ մակարդակին։ Նրանց մեջ:
- Արևային առագաստ. Նրա օգնությամբ հնարավոր կլիներ բավականին մեծ բեռներ տեղափոխել մերձերկրային և նույնիսկ արեգակնային մերձակայքում։ Լույսը փոքր իմպուլս է տալիս, բայց հաշվի առնելով առագաստի մակերեսի ցանկալի դիրքը, արագացումը կլինի մշտական։ Շփման բացակայության դեպքում բավական է արագություն հավաքել և բեռներ հասցնել արեգակնային համակարգի ցանկալի կետ:
- Ֆոտոնային շարժիչ. Այս տեխնոլոգիան կարող է մարդուն թույլ տալ հաղթահարել իր հարազատ աստղի ձգողականությունը և թռչել այլ աշխարհներ։ Տարբերությունն այն է, որ արևային իմպուլսները կստեղծվեն արհեստականորեն ստեղծված սարքից, օրինակ՝ ջերմամիջուկային շարժիչից։
Հաղորդագրություն ադմինիստրատորից.
Տղե՛րք։ Ո՞վ է վաղուց ցանկանում սովորել անգլերեն:
Գնալ դեպի և ստացեք երկու անվճար դաս SkyEng անգլերեն լեզվի դպրոցում!
Ես ինքս սովորում եմ այնտեղ, շատ լավ է: Առաջընթաց կա.
Հավելվածում դուք կարող եք սովորել բառեր, մարզել լսելը և արտասանությունը:
Փորձեք այն: Երկու դաս անվճար՝ օգտագործելով իմ հղումը:
Սեղմել
Ֆոտոնների (լույսի) հոսք, որը մակերևույթի վրա բախվելիս ճնշում է գործադրում։
Ֆոտոնների հոսքը ներծծող մակերեսի վրա.
Ֆոտոնների հոսքը հայելու մակերեսի վրա.
Մակերեւույթի վրա ընկած ֆոտոնների հոսքը.
Լույսի ճնշման ֆիզիկական նշանակությունը.
Լույսը ֆոտոնների հոսք է, այնուհետև, ըստ դասական մեխանիկայի սկզբունքների, մասնիկները մարմնին հարվածելիս պետք է թափ փոխանցեն դրան, այլ կերպ ասած՝ ճնշում գործադրեն։
Սարք, չափումներ թեթև ճնշում, շատ զգայուն ոլորման դինամոմետր էր (ոլորման սանդղակ)։ Այս սարքը ստեղծվել է Լեբեդևի կողմից։ Նրա շարժական մասը եղել է թեթև շրջանակ՝ կախված բարակ քարհանքային թելի վրա՝ թեւերով ամրացված՝ մինչև 0,01 մմ հաստությամբ բաց և սև սկավառակներ։ Թևերը պատրաստված էին մետաղական փայլաթիթեղից։ Շրջանակը կախված էր նավի ներսում, որտեղից օդը դուրս էր մղվում: Թևերի վրա ընկած լույսը տարբեր ճնշումներ էր գործադրում լուսային և սև սկավառակների վրա։ Արդյունքում շրջանակի վրա պտտեցրեց ոլորող մոմենտ, որը ոլորեց կախոցի թելը։ Լույսի ճնշումը որոշելու համար օգտագործվել է թելի ոլորման անկյունը։
Բանաձևում մենք օգտագործել ենք.
Այն ուժը, որով սեղմում է ֆոտոնը
Մակերեւույթը, որի վրա տեղի է ունենում թեթեւ ճնշում
Մեկ ֆոտոնի իմպուլս
Այս տեսադասը նվիրված է «Թեթև ճնշում. Լեբեդևի փորձերը. Լեբեդևի փորձերը հսկայական տպավորություն թողեցին գիտական աշխարհի վրա, քանի որ դրանց շնորհիվ առաջին անգամ չափվեց լույսի ճնշումը և ապացուցվեց Մաքսվելի տեսության վավերականությունը։ Ինչպե՞ս նա դա արեց: Լույսի քվանտային տեսության հետ կապված այս և շատ այլ հետաքրքիր հարցերի պատասխանները կարող եք սովորել ֆիզիկայի այս հետաքրքրաշարժ դասից:
Թեմա՝ Թեթև ճնշում
Դաս. Թեթև ճնշում: Լեբեդևի փորձերը
Լույսի ճնշման գոյության վարկածն առաջին անգամ առաջ է քաշել Յոհաննես Կեպլերը 17-րդ դարում՝ բացատրելու գիսաստղերի պոչերի ֆենոմենը, երբ նրանք թռչում են Արեգակի մոտ։
Մաքսվելը, հիմնվելով լույսի էլեկտրամագնիսական տեսության վրա, կանխատեսեց, որ լույսը պետք է ճնշում գործադրի խոչընդոտի վրա։
Ալիքի էլեկտրական դաշտի ազդեցությամբ մարմիններում էլեկտրոնները տատանվում են՝ առաջանում է էլեկտրական հոսանք։ Այս հոսանքն ուղղված է էլեկտրական դաշտի ուժգնության երկայնքով: Կանոնավոր շարժվող էլեկտրոնների վրա գործում է Լորենցի ուժը մագնիսական դաշտից՝ ուղղված ալիքի տարածման ուղղությամբ. թեթև ճնշման ուժ(նկ. 1):
Բրինձ. 1. Մաքսվելի փորձը
Մաքսվելի տեսությունն ապացուցելու համար անհրաժեշտ էր չափել լույսի ճնշումը։ Լույսի ճնշումն առաջին անգամ չափել է ռուս ֆիզիկոս Պյոտր Նիկոլաևիչ Լեբեդևը 1900 թվականին (նկ. 2)։
Բրինձ. 2. Պետր Նիկոլաևիչ Լեբեդև
Բրինձ. 3. Լեբեդևի սարք
Լեբեդևի սարքը (նկ. 3) բաղկացած է բարակ ապակե թելի վրա տեղադրված լուսաձողից, որի եզրերի երկայնքով ամրացված են լուսաթևեր։ Ամբողջ սարքը տեղադրվել է ապակե տարայի մեջ, որտեղից օդը դուրս է մղվել։ Լույսն ընկնում է ձողի մի կողմում գտնվող թեւերի վրա։ Ճնշման արժեքը կարելի է դատել թելի ոլորման անկյան տակ։ Լույսի ճնշումը ճշգրիտ չափելու դժվարությունը պայմանավորված էր նրանով, որ անհնար էր անոթից դուրս մղել ամբողջ օդը։ Փորձի ժամանակ սկսվել է օդի մոլեկուլների շարժումը, որն առաջացել է նավի թեւերի ու պատերի անհավասար տաքացումից։ Թևերը չեն կարող կախված լինել ամբողջովին ուղղահայաց: Ջեռուցվող օդի հոսքերը բարձրանում են դեպի վեր և գործում են թևերի վրա, ինչը հանգեցնում է լրացուցիչ պտտման: Նաև թելի ոլորման վրա ազդում է թեւերի կողքերի ոչ միատեսակ տաքացումը։ Լույսի աղբյուրի դեմ ուղղված կողմը ավելի շատ տաքանում է, քան հակառակ կողմը: Ավելի տաք կողմից արտացոլված մոլեկուլները ավելի մեծ թափ են հաղորդում թևին:
Բրինձ. 4. Լեբեդևի սարք
Բրինձ. 5. Լեբեդևի սարք
Լեբեդեւին հաջողվեց հաղթահարել բոլոր դժվարությունները՝ չնայած այն ժամանակվա փորձարարական տեխնոլոգիայի ցածր մակարդակին։ Նա վերցրեց մի շատ մեծ անոթ և շատ բարակ թեւեր։ Թևը բաղկացած էր երկու զույգ բարակ պլատինե շրջանակներից։ Յուրաքանչյուր զույգի շրջանակներից մեկը երկու կողմից փայլուն էր։ Մյուս կողմերն ունեին մի կողմը ծածկված պլատինե նիելոյով։ Ընդ որում, երկու զույգ օղակներն էլ հաստությամբ տարբերվում էին։
Կոնվեկցիոն հոսանքները բացառելու համար Լեբեդևը թեւերի վրա լույսի ճառագայթներ ուղղեց այս կամ այն կողմից: Այսպիսով, թեւերի վրա ազդող ուժերը հավասարակշռված էին (նկ. 4-5):
Բրինձ. 6. Լեբեդևի սարք
Բրինձ. 7. Լեբեդևի սարք
Այսպիսով, ապացուցվեց և չափվեց լույսի ճնշումը պինդ մարմինների վրա (նկ. 6-7): Այս ճնշման արժեքը համընկավ Մաքսվելի կանխատեսած ճնշման հետ։
Երեք տարի անց Լեբեդևին հաջողվեց կատարել մեկ այլ փորձ՝ չափել լույսի ճնշումը գազերի վրա (նկ. 8):
Բրինձ. 8. Գազերի վրա լույսի ճնշման չափման տեղադրում
Լորդ Քելվին. «Դուք կարող եք իմանալ, որ իմ ամբողջ կյանքում ես կռվել եմ Մաքսվելի հետ՝ չճանաչելով նրա թեթև ճնշումը, և հիմա ձեր Լեբեդևը ստիպեց ինձ հանձնվել իր փորձերին»:
Լույսի քվանտային տեսության առաջացումը հնարավորություն տվեց ավելի պարզ բացատրել լույսի ճնշման պատճառը։
Ֆոտոնները իմպուլս ունեն։ Երբ ներծծվում են մարմնի կողմից, նրանք իրենց իմպուլսը փոխանցում են նրան։ Նման փոխազդեցությունը կարելի է համարել որպես լիովին անառաձգական ազդեցություն։
Յուրաքանչյուր ֆոտոնի մակերևույթի վրա գործադրվող ուժը հետևյալն է.
Թեթև ճնշում մակերեսի վրա.
Ֆոտոնի փոխազդեցությունը հայելու մակերեսի հետ
Այս փոխազդեցության դեպքում ստացվում է բացարձակ առաձգական փոխազդեցություն։ Երբ ֆոտոնն ընկնում է մակերևույթի վրա, այն արտացոլվում է դրանից նույն արագությամբ և իմպուլսով, որով ընկել է այս մակերեսի վրա։ Իմպուլսի փոփոխությունը երկու անգամ ավելի մեծ կլինի, քան երբ ֆոտոնն ընկնում է սև մակերեսի վրա, լույսի ճնշումը կկրկնապատկվի։
Բնության մեջ չկան նյութեր, որոնց մակերեսը ամբողջությամբ կլանի կամ արտացոլի ֆոտոնները: Ուստի իրական մարմինների վրա լույսի ճնշումը հաշվարկելու համար անհրաժեշտ է հաշվի առնել, որ որոշ ֆոտոններ կլանվեն այս մարմնի կողմից, իսկ որոշները կարտացոլվեն։
Լեբեդևի փորձերը կարելի է համարել որպես փորձնական ապացույց, որ ֆոտոնները իմպուլս ունեն։ Թեև նորմալ պայմաններում լույսի ճնշումը շատ ցածր է, դրա ազդեցությունը կարող է նշանակալի լինել: Արեգակի ճնշման հիման վրա տիեզերանավերի համար մշակվել է առագաստ, որը թույլ կտա նրանց շարժվել տիեզերքում լույսի ճնշման տակ (նկ. 11)։
Բրինձ. 11. Տիեզերանավ առագաստ
Լույսի ճնշումը, ըստ Մաքսվելի տեսության, առաջանում է Լորենցի ուժի գործողության արդյունքում էլեկտրամագնիսական ալիքի էլեկտրական դաշտի ազդեցության տակ տատանողական շարժումներ կատարող էլեկտրոնների վրա։
Քվանտային տեսության տեսանկյունից լուսային ճնշումն առաջանում է ֆոտոնների փոխազդեցության արդյունքում այն մակերեսի հետ, որի վրա նրանք ընկնում են։
Մաքսվելի կատարած հաշվարկները համընկել են Լեբեդևի տված արդյունքների հետ։ Սա հստակորեն ապացուցում է լույսի քվանտային-ալիքային դուալիզմը։
Crookes-ի փորձերը
Լեբեդևն առաջինն էր, ով փորձնականորեն հայտնաբերեց լույսի ճնշումը և կարողացավ չափել այն։ Փորձը աներևակայելի բարդ էր, բայց կա գիտական խաղալիք՝ Քրուքսի փորձը (նկ. 12):
Բրինձ. 12. Քրուքսի փորձ
Չորս ծաղկաթերթիկներից բաղկացած փոքրիկ պտուտակը գտնվում է ասեղի վրա, որը ծածկված է ապակե գլխարկով։ Եթե դուք լուսավորում եք այս պտուտակը լույսով, այն սկսում է պտտվել: Եթե նայեք այս պտուտակին բաց երկնքի տակ, երբ քամին փչում է դրա վրա, նրա պտույտը ոչ ոքի չի զարմացնի, բայց այս դեպքում ապակե ծածկը թույլ չի տալիս օդային հոսանքներին գործել պտուտակի վրա։ Հետեւաբար, դրա շարժման պատճառը լույսն է:
Անգլիացի ֆիզիկոս Ուիլյամ Քրուքսը պատահաբար ստեղծել է առաջինը թեթև մանող.
1873 թվականին Քրուքսը որոշեց որոշել Թալիում տարրի ատոմային զանգվածը և կշռել այն շատ ճշգրիտ հավասարակշռության վրա։ Որպեսզի պատահական օդային հոսանքները չխեղաթյուրեն կշռման պատկերը, Քրուքսը որոշեց կախել ճոճվող ձեռքերը վակուումում: Նա դա արեց և ապշեց, քանի որ նրա ամենաբարակ կշեռքները զգայուն էին ջերմության նկատմամբ։ Եթե ջերմության աղբյուրը գտնվում էր օբյեկտի տակ, ապա այն նվազեցնում էր դրա քաշը, եթե վերևում էր, այն մեծացնում էր:
Բարելավելով այս պատահական փորձը, Քրուքսը հանդես եկավ խաղալիքով՝ ռադիոմետր (լույսի ջրաղաց): Crookes ռադիոմետրը չորս շեղբերով շարժիչ է, որը հավասարակշռված է ասեղի վրա, որը գտնվում է ապակե լամպի մեջ, թեթև վակուումի տակ: Երբ լույսի ճառագայթը հարվածում է սայրին, շարժիչը սկսում է պտտվել, ինչը երբեմն սխալ բացատրվում է լույսի ճնշմամբ: Իրականում ոլորման պատճառը ռադիոմետրիկ ազդեցությունն է։ վանող ուժի առաջացումը գազի մոլեկուլների կինետիկ էներգիաների տարբերության պատճառով, որը հարվածում է սայրի լուսավորված (տաքացվող) կողմին և հակառակ չլուսավորված (ավելի սառը) կողմին:
- Լույսի ճնշումը և հանգամանքների ճնշումը ().
- Պյոտր Նիկոլաևիչ Լեբեդև ().
- Crookes ռադիոմետր ().
Պարզվում է, որ ճնշում կարող են ստեղծել ոչ միայն պինդ մարմինները, հեղուկներն ու գազերը։ Ընկնելով մարմնի մակերեսին՝ լույսի էլեկտրամագնիսական ճառագայթումը նույնպես ճնշում է գործադրում դրա վրա։
Թեթև ճնշման տեսություն
Յոհաննես Կեպլեր
Առաջին անգամ արվեց ենթադրություն, որ լույսի ճնշում գոյություն ունի Գերմանացի գիտնական Յոհաննես Կեպլեր 17-րդ դարում։ Արեգակի մոտ թռչող գիսաստղերի վարքագիծն ուսումնասիրելիս նա նկատել է, որ գիսաստղի պոչը միշտ շեղվում է Արեգակին հակառակ ուղղությամբ։ Կեպլերը տեսություն դրեց, որ ինչ-որ կերպ այս շեղումն առաջացել է արևի լույսի ազդեցության հետևանքով:
Թեթև ճնշման տեսական գոյությունը կանխատեսվել է 19-րդ դարում Բրիտանացի ֆիզիկոս Ջեյմս Քլերք Մաքսվելը, ով ստեղծեց էլեկտրամագնիսական տեսությունը և պնդեց, որ լույսը նույնպես էլեկտրամագնիսական թրթռանքներ է, և այն պետք է ճնշում գործադրի խոչընդոտների վրա։
Ջեյմս Քլերք Մաքսվել
Լույսը էլեկտրամագնիսական ալիք է: Այն ստեղծում է էլեկտրական դաշտ, որի ազդեցության տակ տատանվում են մարմնի էլեկտրոնները, որոնք հանդիպում են նրա ճանապարհին։ Մարմնում առաջանում է էլեկտրական հոսանք՝ ուղղված էլեկտրական դաշտի ուժգնության երկայնքով։ Մագնիսական դաշտը գործում է էլեկտրոնների վրա Լորենցի ուժ. Նրա ուղղությունը համընկնում է լույսի ալիքի տարածման ուղղության հետ։ Այս իշխանությունն է թեթև ճնշման ուժ .
Ըստ Մաքսվելի հաշվարկների՝ արևի լույսը որոշակի արժեքի ճնշում է առաջացնում Երկրի վրա տեղակայված սև ափսեի վրա (p = 4 · 10 -6 Ն/մ 2): Իսկ եթե սև ափսեի փոխարեն ռեֆլեկտիվ վերցնեք, ապա լույսի ճնշումը 2 անգամ ավելի մեծ կլինի։
Բայց սա ընդամենը տեսական ենթադրություն էր։ Դա ապացուցելու համար անհրաժեշտ էր տեսությունը հաստատել գործնական փորձով, այսինքն՝ չափել լույսի ճնշման արժեքը։ Բայց քանի որ դրա արժեքը շատ փոքր է, գործնականում դա անելը չափազանց դժվար է:
Պյոտր Նիկոլաևիչ Լեբեդև
Գործնականում դա արվեց Ռուս փորձարար ֆիզիկոս Պյոտր Նիկոլաևիչ Լեբեդև. 1899 թվականին նրա կատարած փորձը հաստատեց Մաքսվելի ենթադրությունը, որ պինդ մարմինների վրա առկա է լույսի ճնշում:
Լեբեդևի փորձը
Լեբեդևի փորձի սխեմատիկ ներկայացում
Իր փորձն անցկացնելու համար Լեբեդեւը ստեղծել է հատուկ սարք, որը ապակե անոթ էր։ Անոթի ներսում դրված էր բարակ ապակե թելի վրա լուսաձող։ Այս ձողի եզրերին ամրացված էին տարբեր մետաղներից և միկայից պատրաստված բարակ, թեթև թեւեր։ Օդը դուրս է մղվել նավից: Լույսի աղբյուրից և հայելիներից բաղկացած հատուկ օպտիկական համակարգերի օգնությամբ լույսի ճառագայթն ուղղվել է ձողի մի կողմում գտնվող թեւերին։ Թեթև ճնշման ազդեցության տակ ձողը պտտվել է, իսկ թելը ոլորվել է որոշակի անկյան տակ։ Լույսի ճնշման մեծությունը որոշվել է այս անկյան մեծությամբ։
Լեբեդևի սարք
Բայց այս փորձը ճշգրիտ արդյունքներ չտվեց։ Այն իրականացնելն ուներ իր դժվարությունները։ Քանի որ այն ժամանակներում վակուումային պոմպեր գոյություն չունեին, նրանք օգտագործում էին սովորական մեխանիկական: Եվ նրանց օգնությամբ անհնար էր անոթում բացարձակ վակուում ստեղծել։ Այն դուրս մղելուց հետո էլ մի քիչ օդ է մնացել մեջը։ Անոթի թեւերն ու պատերը տարբեր կերպ էին տաքացնում։ Լույսի ճառագայթին նայող կողմն ավելի արագ էր տաքանում: Եվ դա առաջացրել է օդի մոլեկուլների շարժում։ Ավելի տաք օդի հոսքեր բարձրացան դեպի վեր։ Քանի որ անհնար է թեւերը բացարձակապես ուղղահայաց տեղադրել, այդ հոսքերը լրացուցիչ պտույտներ են ստեղծել։ Բացի այդ, թեւերն իրենք հավասարապես չեն տաքացել։ Լույսի աղբյուրին նայող կողմն ավելի տաքացավ։ Արդյունքում հավելյալ ազդեցություն է եղել թելի պտտման անկյան վրա։
Փորձն ավելի ճշգրիտ դարձնելու համար Լեբեդևը վերցրեց շատ մեծ անոթ: Նա թեւը պատրաստել է պլատինի երկու զույգ շատ բարակ շրջանակներից։ Ընդ որում, մի զույգի շրջանակների հաստությունը տարբերվում էր մյուս զույգի շրջանակների հաստությունից։ Ձողի մի կողմում շրջանագծերը երկու կողմից փայլուն էին, մյուս կողմից՝ պլատինե նիելոն ծածկված։ Նրանց վրա այս կամ այն կողմից ուղղվում էին լույսի ճառագայթներ, որպեսզի հավասարակշռեն թեւերի վրա ազդող ուժերը։ Արդյունքում չափվել է թեւերի վրա թեթև ճնշումը։ Փորձարարական արդյունքները հաստատեցին Մաքսվելի տեսական ենթադրությունները լուսային ճնշման գոյության մասին։ Իսկ դրա մեծությունը գրեթե նույնն էր, ինչ կանխատեսել էր Մաքսվելը։
1907 - 1910 թվականներին Ավելի ճշգրիտ փորձերի միջոցով Լեբեդևը չափել է լույսի ճնշումը գազերի վրա։
Լույսը, ինչպես ցանկացած էլեկտրամագնիսական ճառագայթում, ունի էներգիա Ե .
Դրա թափը p = E v / գ 2 ,
Որտեղ v - էլեկտրամագնիսական ճառագայթման արագություն,
գ - լույսի արագություն.
Որովհետեւ v = Հետ , Դա p = E/s .
Քվանտային տեսության հայտնվելով լույսը սկսեց համարվել որպես ֆոտոնների հոսք՝ տարրական մասնիկներ, լույսի քվանտա։ Ֆոտոնները մարմնին հարվածելիս իրենց թափը փոխանցում են դրան, այսինքն՝ ճնշում են գործադրում։
Արևային առագաստ
Ֆրիդրիխ Արտուրովիչ Զանդեր
Թեև թեթև ճնշման չափը շատ փոքր է, այնուամենայնիվ, այն կարող է օգտակար լինել մարդուն։
Դեռևս 1920 թ Խորհրդային գիտնական և գյուտարար Ֆրիդրիխ Արտուրովիչ ԶանդերըՀեղուկ վառելիքով աշխատող առաջին հրթիռի ստեղծողներից մեկն առաջ քաշեց տիեզերք թռչելու գաղափարը՝ օգտագործելով. արևային առագաստ . Նա շատ պարզ էր: Արևի լույսը կազմված է ֆոտոններից։ Եվ ճնշում են ստեղծում՝ իրենց իմպուլսը փոխանցելով ցանկացած լուսավորված մակերեսի։ Հետևաբար, արևի լույսի կամ լազերի միջոցով առաջացած ճնշումը հայելու մակերեսի վրա կարող է օգտագործվել տիեզերանավը մղելու համար: Նման առագաստը հրթիռային վառելիք չի պահանջում, և դրա տևողությունը անսահմանափակ է։ Եվ դա հնարավորություն կտա ավելի շատ բեռ փոխադրել՝ համեմատած ռեակտիվ շարժիչով սովորական տիեզերանավի հետ։
Արևային առագաստ
Բայց առայժմ դրանք միայն աստղային նավեր ստեղծելու նախագծեր են, որոնց հիմնական շարժիչն է արևային առագաստը: