Тиск світла
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Тиск світла

Тиск світла, тиск, вироблюваний світлом на тіла, що відображають або поглинаючі. Д. с. вперше було експериментальне відкрито і виміряно П. Н. Лебедевим (1899). Величина Д. с. навіть для найсильніших джерел світла (Сонце, електрична дуга) нікчемно мала і маскується в земних умовах побічними явищами (конвекційними струмами, радіометричними силами, див.(дивися) Радіометричний ефект ), які можуть перевищувати в тисячі разів величину Д. с. Для виявлення Д. с. Лебедев виготовив спеціальні прилади і виконав досліди, що представляють чудовий приклад мистецтва експерименту. Основною частиною приладу Лебедева служили плоскі легкі крильця (діаметром 5 мм ) з різних металів (платина, алюміній, нікель) і слюди ( мал. 1 ). Крильця підвішувалися на тонкій скляній нитці і поміщалися усередині скляної судини G ( мал. 2 ), з якої викачувалося повітря. На крильця за допомогою спеціальної оптичної системи і дзеркал прямувало світло від сильної електричної дуги Ст Переміщення дзеркал S 1 , S 4 давало можливість змінювати напрям падіння світла на крильця. Пристрій приладу і методика виміру дозволили звести до мінімуму що заважають радіометричні сили і виявити Д. с. на крильця, що відображають або поглинаючі, які під його дією відхилялися і закручували нитку. У 1907—10 Лебедев досліджував Д. с. на гази, що було ще важче, оскільки Д. с. на гази в сотні разів менше, ніж на тверді тіла.

загрузка...

  Результати експериментів Лебедева і пізніших дослідників повністю узгоджуються із значенням Д. с., визначеним на основі електромагнітної теорії світла (Дж. До. Максвелл, 1873), що з'явилося ще одним важливим підтвердженням теорії електромагнітного поля Фарадея — Максвелла. Згідно електромагнітної теорії світла, тиск, який надає на поверхню тіла плоска електромагнітна хвиля, падаюча перпендикулярно до поверхні, дорівнює щільності і електромагнітній енергії (енергії, увязненій в одиниці об'єму) біля поверхні. Ця енергія складається з енергії падаючих і енергії відбитих від тіла хвиль. Якщо потужність електромагнітної хвилі, падаючої на 1 см 2 поверхні тіла, рівна S ерг/см 2 ( сік ) , коефіцієнт віддзеркалення електромагнігной енергії від поверхні тіла рівний R, те поблизу поверхні щільність енергії u = S• (1+r) /c (з — швидкість світла). Цій величині і рівне Д. с. на поверхню тіла: р = S (1 + R ) ( ерг/см 3 або дж/м 3 ) . Наприклад, потужність сонячного випромінювання, що приходить на Землю, рівна 1,4•10 6 ерг/ ( см 2 ( сік ) або 1,4•10 3 вт/м 2 , отже, для абсолютної поглинаючої поверхні (коли R = 0) р = 4,3 •10 -5 lдін/см 2 = 4,3•10 -6 н/м 2 . Загальний тиск сонячного випромінювання на Землю рівний 6•10 13 дінів (6•10 8 н ) , що в 10 13 раз менше сили тяжіння Сонця.

  Ізотропне рівноважне випромінювання також чинить тиск на систему (тіло), з якою воно знаходиться в термодинамічній рівновазі:

р = u/3=1/3•st 4 ,

де s — постійна Стефана — Больцмана, Т — температура випромінювання. Існування Д. с. показує, що потік випромінювання володіє не лише енергією, але і імпульсом, а отже, і масою.

  З точки зору квантової теорії, Д. с. — результат передачі тілам імпульсу фотонів (квантів енергії електромагнітного поля) в процесах поглинання або віддзеркалення світла. Квантова теорія дає для Д. с. ті ж формули.

  Особливо важливу роль Д. с. грає в двох протилежних по масштабах областях явищ — в явищах астрономічних і явищах атомарних. У астрофізику Д. с. поряд з тиском газу забезпечує стабільність зірок, протидіючи силам гравітаційного стискування (при температурі ~ 10 7 градусів в надрах зірок Д. с. досягає десятків млн. атмосфер). Д. с. істотно для динаміки навколозоряного і міжзоряного газу; дією Д. с. пояснюються деякі форми кометних хвостів (див. Комети ) . Д. с. викликає обурення орбіт штучних супутників Землі (особливо легких супутників-балонів типа «Ехо-камера» з великою відзеркалювальною поверхнею). До атомарних ефектів Д. с. відноситься «світлова віддача», яку випробовує збуджений атом при випусканні фотона. ДО Д. с. близьке явище передачі гамма-квантами частини свого імпульсу електронам, на яких вони розсіваються (див. Комптон-ефект ), або ядрам атомів кристала в процесах випромінювання і поглинання (див. Мессбауера ефект ).

 

  Літ.: Lebedew P., Untersuchungen liber die Dnickkräfte des Lichtes, «Annalen der Physik», 1901, fasc. 4, Bd 6, S. 433—458; Лебедев П. Н., Ізбр. соч.(вигадування), М. — Л., 1949: Ландсберг Р. С., Оптика, 4 видавництва, М., 1957; Ельясберг П. Е., Введення в теорію польоту штучних супутників Землі, М., 1965.

Мал. 1. Різні системи (I, II, III) крилець в досвіді Лебедева; Про — платинова петля, З — кардановий підвіс.

Мал. 2. Схема досвіду Лебедева: У — джерело світла (вугільна дуга); З — конденсор; D — металева діафрагма; До — лінза; W — скляна судина з водою з плоскопаралельними стінками, що грають роль світлофільтру; S 1 —S 6 — дзеркала; L 1 і L 2 — лінзи; R — зображення діафрагми D на крильцях (на мал.(малюнок) не показані) усередині скляного балона G; P 1 і P 2 — скляні пластинки; Т — термобатарея; R 1 — зображення діафрагми D на поверхні термобатареї.