Ngayon ay maglalaan kami ng isang pag-uusap sa isang hindi pangkaraniwang bagay tulad ng magaan na presyon. Isaalang-alang ang lugar ng pagtuklas at ang mga kahihinatnan para sa agham.
Ilaw at kulay
Ang misteryo ng mga kakayahan ng tao ay nag-aalala sa mga tao mula pa noong sinaunang panahon. Paano nakikita ng mata? Bakit may mga kulay? Ano ang dahilan kung bakit ang mundo ay kung paano natin ito nakikita? Gaano kalayo ang makikita ng isang tao? Ang mga eksperimento sa pagkabulok ng isang solar ray sa isang spectrum ay isinagawa ni Newton noong ika-17 siglo. Inilatag din niya ang isang mahigpit na pundasyon ng matematika para sa isang bilang ng mga disparate na katotohanan na sa oras na iyon ay kilala tungkol sa liwanag. At marami ang hinulaang teorya ng Newtonian: halimbawa, mga pagtuklas na ipinaliwanag lamang ng quantum physics (ang pagpapalihis ng liwanag sa isang gravitational field). Ngunit ang pisika noong panahong iyon ay hindi alam at hindi naiintindihan ang eksaktong katangian ng liwanag.
Alon o butil
Mula nang magsimulang tumagos ang mga siyentipiko sa buong mundo sa esensya ng liwanag, nagkaroon ng debate: ano ang radiation, wave o particle (corpuscle)? Ang ilang mga katotohanan (repraksyon, pagmuni-muni at polariseysyon) ay nakumpirma ang unang teorya. Iba pa (rectilinear propagation sa kawalan ng obstacles, light pressure) - ang pangalawa. Gayunpaman, ang quantum physics lamang ang nakapagpatahimik sa hindi pagkakaunawaan na ito sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng dalawang bersyon sa isa.pangkalahatan. Ang teorya ng corpuscular-wave ay nagsasaad na ang anumang microparticle, kabilang ang isang photon, ay may parehong mga katangian ng isang alon at isang particle. Iyon ay, ang isang quantum ng liwanag ay may mga katangian tulad ng frequency, amplitude at wavelength, pati na rin ang momentum at masa. Magpareserba tayo kaagad: walang rest mass ang mga photon. Bilang isang quantum ng electromagnetic field, nagdadala sila ng enerhiya at masa sa proseso ng paggalaw. Ito ang kakanyahan ng konsepto ng "liwanag". Ipinaliwanag na ito ngayon ng pisika sa sapat na detalye.
Haba ng daluyong at enerhiya
Bahagyang nasa itaas ng konsepto ng "enerhiya ng alon" ang nabanggit. Si Einstein ay nakakumbinsi na pinatunayan na ang enerhiya at masa ay magkaparehong mga konsepto. Kung ang isang photon ay nagdadala ng enerhiya, dapat itong may masa. Gayunpaman, ang isang quantum ng liwanag ay isang "tuso" na butil: kapag ang isang photon ay bumangga sa isang balakid, ito ay ganap na nagbibigay ng kanyang enerhiya sa bagay, nagiging ito at nawawala ang kanyang indibidwal na kakanyahan. Kasabay nito, ang ilang mga pangyayari (malakas na pag-init, halimbawa) ay maaaring maging sanhi ng dating madilim at kalmadong interior ng mga metal at gas na naglalabas ng liwanag. Ang momentum ng isang photon, isang direktang bunga ng pagkakaroon ng masa, ay maaaring matukoy gamit ang presyon ng liwanag. Ang mga eksperimento ni Lebedev, isang mananaliksik mula sa Russia, ay nakakumbinsi na pinatunayan ang kamangha-manghang katotohanang ito.
eksperimento ni Lebedev
Russian scientist na si Petr Nikolaevich Lebedev noong 1899 ay gumawa ng sumusunod na eksperimento. Sa isang manipis na pilak na sinulid ay nag-hang siya ng isang crossbar. Sa mga dulo ng crossbar, ikinabit ng siyentipiko ang dalawang plato ng parehong sangkap. Ang mga ito ay pilak na foil, at ginto, at kahit mika. Kaya, isang uri ng kaliskis ang nilikha. Tanging sinukat nila ang bigat hindi ng pasan na pumipindot mula sa itaas, ngunit ng kargang pumipindot mula sa gilid sa bawat isa sa mga plato. Inilagay ni Lebedev ang buong istraktura sa ilalim ng isang takip ng salamin upang ang hangin at mga random na pagbabago sa density ng hangin ay hindi makakaapekto dito. Dagdag pa, nais kong isulat na lumikha siya ng vacuum sa ilalim ng talukap ng mata. Ngunit sa oras na iyon, kahit na ang isang average na vacuum ay imposibleng makamit. Kaya't sinasabi namin na lumikha siya ng isang napakabihirang kapaligiran sa ilalim ng takip ng salamin. At salit-salit na inilawan ang isang plato, na iniiwan ang isa pa sa anino. Ang dami ng liwanag na nakadirekta sa mga ibabaw ay paunang natukoy. Mula sa anggulo ng pagpapalihis, tinukoy ni Lebedev kung anong momentum ang naghatid ng liwanag sa mga plato.
Mga formula para sa pagtukoy ng presyon ng electromagnetic radiation sa normal na saklaw ng sinag
Ipaliwanag muna natin kung ano ang "normal fall"? Ang liwanag ay karaniwang nangyayari sa ibabaw kung ito ay nakadirekta nang patayo sa ibabaw. Nagpapataw ito ng mga paghihigpit sa problema: ang ibabaw ay dapat na perpektong makinis, at ang radiation beam ay dapat na nakadirekta nang napakatumpak. Sa kasong ito, ang magaan na presyon ay kinakalkula ng formula:
p=(1-k+ρ)I/c, where
Ang
k ay ang transmittance, ρ ay ang reflection coefficient, I ay ang intensity ng insidente light beam, c ay ang bilis ng liwanag sa vacuum.
Ngunit, malamang, nahulaan na ng mambabasa na ang gayong perpektong kumbinasyon ng mga kadahilanan ay hindi umiiral. Kahit na hindi isinasaalang-alang ang perpektong ibabaw, medyo mahirap isaayos ang saklaw ng liwanag na mahigpit na patayo.
Mga Formula para sapagtukoy sa presyon ng electromagnetic radiation kapag bumagsak ito sa isang anggulo
Ang presyon ng liwanag sa ibabaw ng salamin sa isang anggulo ay kinakalkula gamit ang ibang formula na naglalaman na ng mga elemento ng mga vector:
p=ω ((1-k)i+ρi’)cos ϴ
Ang mga halaga ng p, i, i' ay mga vector. Sa kasong ito, ang k at ρ, tulad ng sa nakaraang formula, ay ang transmission at reflection coefficient, ayon sa pagkakabanggit. Ang ibig sabihin ng mga bagong value ay ang sumusunod:
- ω – density ng volume ng radiation energy;
- i at i’ ay mga unit vector na nagpapakita ng direksyon ng insidente at sinasalamin na sinag ng liwanag (itinatakda nila ang mga direksyon kung saan dapat idagdag ang kumikilos na puwersa);
- ϴ - anggulo sa normal kung saan bumabagsak ang liwanag na sinag (at, nang naaayon, ay naaaninag, dahil ang ibabaw ay nakasalamin).
Ang
Paalalahanan ang mambabasa na ang normal ay patayo sa ibabaw, kaya kung ang problema ay bibigyan ng anggulo ng saklaw ng liwanag sa ibabaw, ang ϴ ay 90 degrees na bawasan ang ibinigay na halaga.
Paglalapat ng electromagnetic radiation pressure phenomenon
Ang isang mag-aaral na nag-aaral ng physics ay nakakatamad sa maraming formula, konsepto at phenomena. Dahil, bilang isang patakaran, ang guro ay nagsasabi sa teoretikal na mga aspeto, ngunit bihirang makapagbigay ng mga halimbawa ng mga benepisyo ng ilang mga phenomena. Huwag nating sisihin ang mga tagapagturo ng paaralan para dito: sila ay limitado sa programa, sa panahon ng aralin kailangan mong magsabi ng malawak na materyal at mayroon ka pang oras upang suriin ang kaalaman ng mga mag-aaral.
Gayunpaman, marami ang layunin ng aming pag-aaralkawili-wiling mga application:
- Ngayon halos lahat ng mag-aaral sa laboratoryo ng kanyang institusyong pang-edukasyon ay maaaring ulitin ang eksperimento ni Lebedev. Ngunit pagkatapos ay ang pagkakataon ng pang-eksperimentong data na may mga teoretikal na kalkulasyon ay isang tunay na tagumpay. Ang eksperimento, na ginawa sa unang pagkakataon na may 20% na error, ay nagbigay-daan sa mga siyentipiko sa buong mundo na bumuo ng isang bagong sangay ng physics - quantum optics.
- Paggawa ng mga proton na may mataas na enerhiya (halimbawa, para sa pag-iilaw ng iba't ibang substance) sa pamamagitan ng pagpapabilis ng mga manipis na pelikula na may laser pulse.
- Isinasaalang-alang ang presyon ng electromagnetic radiation ng Araw sa ibabaw ng mga bagay na malapit sa Earth, kabilang ang mga satellite at space station, ay nagbibigay-daan sa iyong itama ang kanilang orbit nang mas tumpak at pinipigilan ang mga device na ito na mahulog sa Earth.
Ang mga application sa itaas ay umiiral na ngayon sa totoong mundo. Ngunit mayroon ding mga potensyal na pagkakataon na hindi pa natanto, dahil ang teknolohiya ng sangkatauhan ay hindi pa umabot sa kinakailangang antas. Kabilang sa mga ito:
- Solar sail. Sa tulong nito, magiging posible na ilipat ang medyo malalaking load sa malapit sa Earth at kahit malapit sa solar space. Ang liwanag ay nagbibigay ng isang maliit na salpok, ngunit sa tamang posisyon ng ibabaw ng layag, ang acceleration ay magiging pare-pareho. Sa kawalan ng friction, sapat na upang makakuha ng bilis at maghatid ng mga kalakal sa nais na punto sa solar system.
- Photonic na makina. Ang teknolohiyang ito, marahil, ay magpapahintulot sa isang tao na mapagtagumpayan ang pagkahumaling ng kanyang sariling bituin at lumipad sa ibang mga mundo. Ang pagkakaiba sa isang solar sail ay ang isang artipisyal na nilikha na aparato, halimbawa, isang thermonuclear, ay bubuo ng mga solar pulse.makina.
