Hari ini kita akan menumpukan perbualan kepada fenomena seperti tekanan ringan. Pertimbangkan premis penemuan dan akibat untuk sains.
Cahaya dan warna
Misteri kebolehan manusia telah membimbangkan orang sejak zaman dahulu. Bagaimana mata melihat? Mengapa warna wujud? Apakah sebab dunia adalah cara kita melihatnya? Sejauh mana seseorang boleh melihat? Eksperimen dengan penguraian sinar suria kepada spektrum telah dijalankan oleh Newton pada abad ke-17. Beliau juga meletakkan asas matematik yang ketat untuk beberapa fakta berbeza yang pada masa itu diketahui tentang cahaya. Dan teori Newtonian banyak meramalkan: contohnya, penemuan yang hanya dijelaskan oleh fizik kuantum (pesongan cahaya dalam medan graviti). Tetapi fizik pada masa itu tidak tahu dan tidak memahami sifat sebenar cahaya.
Gelombang atau zarah
Sejak saintis di seluruh dunia mula menembusi intipati cahaya, terdapat perdebatan: apakah radiasi, gelombang atau zarah (korpuskel)? Beberapa fakta (pembiasan, pantulan dan polarisasi) mengesahkan teori pertama. Lain-lain (penyebaran rectilinear jika tiada halangan, tekanan ringan) - yang kedua. Walau bagaimanapun, hanya fizik kuantum yang dapat meredakan pertikaian ini dengan menggabungkan dua versi menjadi satu.umum. Teori gelombang korpuskular menyatakan bahawa mana-mana zarah mikro, termasuk foton, mempunyai kedua-dua sifat gelombang dan zarah. Iaitu, kuantum cahaya mempunyai ciri-ciri seperti frekuensi, amplitud dan panjang gelombang, serta momentum dan jisim. Mari buat tempahan segera: foton tidak mempunyai jisim rehat. Sebagai kuantum medan elektromagnet, mereka membawa tenaga dan jisim hanya dalam proses pergerakan. Inilah intipati konsep "cahaya". Fizik kini telah menerangkannya dengan cukup terperinci.
Panjang gelombang dan tenaga
Di atas sedikit konsep "tenaga gelombang" disebutkan. Einstein dengan meyakinkan membuktikan bahawa tenaga dan jisim adalah konsep yang sama. Jika foton membawa tenaga, ia mesti mempunyai jisim. Walau bagaimanapun, kuantum cahaya adalah zarah "licik": apabila foton berlanggar dengan halangan, ia benar-benar menyerahkan tenaganya kepada jirim, menjadi ia dan kehilangan intipati individunya. Pada masa yang sama, keadaan tertentu (misalnya, pemanasan yang kuat) boleh menyebabkan bahagian dalam logam dan gas yang sebelumnya gelap dan tenang memancarkan cahaya. Momentum foton, akibat langsung daripada kehadiran jisim, boleh ditentukan menggunakan tekanan cahaya. Eksperimen Lebedev, seorang penyelidik dari Rusia, membuktikan fakta menakjubkan ini dengan meyakinkan.
Percubaan Lebedev
Saintis Rusia Petr Nikolaevich Lebedev pada tahun 1899 membuat eksperimen berikut. Pada seutas benang perak nipis dia menggantung palang. Pada hujung palang, saintis itu melampirkan dua plat bahan yang sama. Ini adalah kerajang perak, dan emas, dan juga mika. Oleh itu, sejenis penimbang telah dicipta. Hanya mereka mengukur berat bukan beban yang menekan dari atas, tetapi beban yang menekan dari sisi pada setiap plat. Lebedev meletakkan keseluruhan struktur ini di bawah penutup kaca supaya angin dan turun naik rawak dalam ketumpatan udara tidak boleh menjejaskannya. Selanjutnya, saya ingin menulis bahawa dia mencipta vakum di bawah tudung. Tetapi pada masa itu, walaupun vakum purata adalah mustahil untuk dicapai. Jadi kami mengatakan bahawa dia mencipta suasana yang sangat jarang di bawah penutup kaca. Dan berselang-seli menerangi satu pinggan, meninggalkan yang lain dalam bayang-bayang. Jumlah cahaya yang diarahkan pada permukaan telah ditentukan terlebih dahulu. Dari sudut pesongan, Lebedev menentukan momentum yang memancarkan cahaya ke plat.
Formula untuk menentukan tekanan sinaran elektromagnet pada kejadian rasuk biasa
Mari kita jelaskan dahulu apa itu "jatuh biasa"? Cahaya adalah kejadian pada permukaan secara normal jika ia diarahkan betul-betul berserenjang dengan permukaan. Ini mengenakan sekatan ke atas masalah: permukaan mestilah licin sempurna, dan pancaran sinaran mesti diarahkan dengan sangat tepat. Dalam kes ini, tekanan ringan dikira dengan formula:
p=(1-k+ρ)I/c, di mana
k ialah kehantaran, ρ ialah pekali pantulan, I ialah keamatan pancaran cahaya kejadian, c ialah kelajuan cahaya dalam vakum.
Tetapi, mungkin, pembaca sudah meneka bahawa kombinasi faktor yang ideal seperti itu tidak wujud. Walaupun permukaan yang ideal tidak diambil kira, agak sukar untuk mengatur kejadian cahaya secara berserenjang.
Formula untukmenentukan tekanan sinaran elektromagnet apabila ia jatuh pada sudut
Tekanan cahaya pada permukaan cermin pada sudut dikira menggunakan formula berbeza yang sudah mengandungi unsur vektor:
p=ω ((1-k)i+ρi’)cos ϴ
Nilai p, i, i' ialah vektor. Dalam kes ini, k dan ρ, seperti dalam formula sebelumnya, masing-masing adalah pekali penghantaran dan pantulan. Nilai baharu bermaksud yang berikut:
- ω – ketumpatan isipadu tenaga sinaran;
- i dan i’ ialah vektor unit yang menunjukkan arah kejadian dan pancaran cahaya yang dipantulkan (ia menetapkan arah di mana daya bertindak harus ditambah);
- ϴ - sudut kepada normal di mana sinar cahaya jatuh (dan, oleh itu, dipantulkan, kerana permukaannya dicerminkan).
Ingatkan pembaca bahawa normal adalah berserenjang dengan permukaan, jadi jika masalah diberi sudut tuju cahaya ke permukaan, maka ϴ ialah 90 darjah tolak nilai yang diberikan.
Aplikasi fenomena tekanan sinaran elektromagnet
Seorang pelajar yang mempelajari fizik mendapati banyak formula, konsep dan fenomena membosankan. Kerana, sebagai peraturan, guru memberitahu aspek teori, tetapi jarang dapat memberi contoh faedah fenomena tertentu. Jangan salahkan mentor sekolah kerana ini: mereka sangat terhad oleh program ini, semasa pelajaran anda perlu memberitahu bahan yang luas dan masih mempunyai masa untuk menyemak pengetahuan pelajar.
Namun begitu, objek kajian kami mempunyai banyak perkaraaplikasi menarik:
- Kini hampir setiap pelajar di makmal institusi pendidikannya boleh mengulangi percubaan Lebedev. Tetapi kebetulan data eksperimen dengan pengiraan teori adalah satu kejayaan sebenar. Percubaan, yang dibuat buat pertama kali dengan ralat 20%, membenarkan saintis di seluruh dunia membangunkan cabang fizik baharu - optik kuantum.
- Penghasilan proton bertenaga tinggi (contohnya, untuk penyinaran pelbagai bahan) dengan mempercepatkan filem nipis dengan nadi laser.
- Mengambil kira tekanan sinaran elektromagnet Matahari pada permukaan objek berhampiran Bumi, termasuk satelit dan stesen angkasa, membolehkan anda membetulkan orbitnya dengan lebih ketepatan dan menghalang peranti ini daripada jatuh ke Bumi.
Aplikasi di atas kini wujud di dunia nyata. Tetapi terdapat juga peluang berpotensi yang masih belum direalisasikan, kerana teknologi manusia masih belum mencapai tahap yang diperlukan. Antaranya:
- Pelayar solar. Dengan bantuannya, adalah mungkin untuk memindahkan beban yang agak besar di dekat Bumi dan juga ruang berhampiran suria. Cahaya memberikan impuls kecil, tetapi dengan kedudukan permukaan layar yang betul, pecutan akan tetap. Sekiranya tiada geseran, ia sudah cukup untuk mendapatkan kelajuan dan menghantar barangan ke titik yang dikehendaki dalam sistem suria.
- Enjin fotonik. Teknologi ini, mungkin, akan membolehkan seseorang mengatasi tarikan bintangnya sendiri dan terbang ke dunia lain. Perbezaan dari layar suria ialah peranti yang dicipta secara buatan, contohnya, termonuklear, akan menghasilkan denyutan suria.enjin.
