Световое давление

История

Впервые гипотеза о существовании светового давления была высказана И. Кеплером в XVII веке для объяснения поведения хвостов комет при пролете их вблизи Солнца. В 1873 г. Максвелл дал теорию давления света в рамках своей классической электродинамики. Экспериментально световое давление впервые исследовал П. Н. Лебедев в 1899 г. В его опытах в вакуумированном сосуде на тонкой серебряной нити подвешивались поворотные весы, к коромыслам которых были прикреплены тонкие диски из слюды и различных металлов. Главной сложностью было выделить световое давление на фоне радиометрических и конвективных сил (сил, обусловленных разностью температуры окружающего газа с освещённой и неосвещённой стороны). Путем попеременного облучения разных сторон крылышек Лебедев нивелировал радиометрические силы и получил удовлетворительное (±20 %) совпадение с теорией Максвелла. Позднее, в 1907—1910 гг. Лебедев провел более точные опыты по изучению давления света в газах и также получил приемлемое согласие с теорией [1] .

Давление света

П. Н. Лебедев (1866–1912)

Механическое действие света, подтверждающее теорию Максвелла, было впервые обнаружено экспериментально российским ученым Петром Лебедевым в 1899 году. Лебедев представил результаты своих исследований в 1900 году в Париже (P. Lebedew, Annalen der Physik, 1901, 311, 433).

Схематическое изображение прибора, предложенного Лебедевым для измерения светового давления, показано на рисунке. Он состоит из двух круглых пластин, одна из которых зачернена и поглощает свет, а другая, блестящая, отражает свет. Пластинки закреплены на противоположных концах легкого стержня, подвешенного на тонкой кварцевой нити. Вся конструкция помещалась в стеклянный сосуд, из которого откачивался воздух. При отражении от зеркала свет передает ему в единицу времени в два раза больше импульса, чем свет, падающий на поглощающую пластину такой же площади. Это приводит к закручиванию нити, которое и было измерено П. Н. Лебедевым. Стоит заметить, что реальная установка была несколько сложнее, так как было необходимо избежать эффектов, связанных с недостаточно высоким уровнем вакуума и неравномерным нагревом деталей установки.

Читать еще:  Лунный календарь садовода и огородника на 8 август 2022 года

Схематическое изображение экспериментальной установки для измерения светового давления, предложенной П. Н. Лебедевым

Применение на практике

Еще в самом начале 20 века, как только Лебедев открыл давление световых волн, активно заговорили о практическом применении этого явления. Многие умы того времени, в частности ракетостроитель Цандер предлагали использовать давление света в межпланетных перелетах и космонавтике.

Идея была следующая – раз давление света не требует внешней энергии (топлива), ведь в космосе полно фотонов и вакуум, нет сопротивления воздуха – значит это надо использовать для конструкции космических кораблей. Загвоздка в том, что цифры давления очень малы, а вес, который нужно “передвинуть” – большой.

Исследователи взялись за эти две проблемы и предложили как решение прототип так называемого солнечного паруса. Суть в том, чтобы использовать большую отражаемую поверхность, но в то же время, чтобы она была сверхлегкой. Первой решение предложила Япония – был разработан аппарат IKAROS, парус которого имел площадь 196 квадратных метров, при стороне 14 метров, толщина паруса всего 7 микрон. Он предназначается для исследования Венеры и уже успешно выполняет свою миссию.

Дальнейшее развитие технологии космических парусников включает модификацию в так называемый лазерный парус, когда аппарат направляется мощным лазером. Кроме того, разрабатываются новые материалы, которые позволяет делать еще более тонкие и прочные отражающие поверхности, например графен.

Кроме космонавтики, явление давления света используется в физике элементарных частиц для разгона сверхмалых зеркальных поверхностей до субсветовых скоростей.

Похожие статьи

Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!

Ссылка на основную публикацию
Статьи на тему:

Adblock
detector