فشار نور در طول فرمول انعکاس چشمی دایره المعارف مدرسه

جریانی از فوتون ها (نور) که در برخورد با سطح، فشار وارد می کند.

شار فوتون هایی که بر روی سطح جذب کننده برخورد می کنند:

شار فوتون‌هایی که روی سطح آینه‌ای می‌افتند:

شار فوتون هایی که روی سطح می افتند:

معنای فیزیکی فشار نور:

نور جریانی از فوتون است، پس طبق اصول مکانیک کلاسیک، ذرات هنگام برخورد با جسم باید تکانه را به آن منتقل کنند، به عبارت دیگر فشار وارد کنند.

دستگاه، اندازه گیری فشار سبک، یک دینامومتر پیچشی (مقیاس پیچشی) بسیار حساس بود. این دستگاه توسط لبدف ساخته شده است. قسمت متحرک آن یک قاب سبک بود که بر روی یک نخ نازک معدن آویزان بود و بالهایی به آن متصل بود - دیسک های روشن و سیاه تا 0.01 میلی متر ضخامت. بال ها از فویل فلزی ساخته شده بودند. این قاب در داخل ظرفی آویزان بود که هوا از آن خارج می شد. نوری که روی بال ها می افتاد فشارهای متفاوتی بر دیسک های روشن و سیاه وارد می کرد. در نتیجه، گشتاوری روی قاب اثر می‌کند که نخ تعلیق را می‌پیچد. برای تعیین فشار نور از زاویه پیچش نخ استفاده شد.

در فرمولی که استفاده کردیم:

نیرویی که فوتون با آن فشار می آورد

سطحی که فشار سبک روی آن وارد می شود

تکانه یک فوتون

ثابت پلانک

حتی شما که به اوج رسیده اید،

این را بدانید و در نظر بگیرید

که خورشید در آسمان مغرور نیست

و پرتوهای خود را به زمین می آورد!

(میرزا شفیع وظیفه)

در اینجا به لحظه ای می رسیم که زمان رسیدگی به مشکل دوم است - این فشار سبکمشخص شده در مقاله: .

دو مشکلی که باعث شد فوتون به عنوان حامل گرانش شناخته نشود.

اجازه دهید به شما یادآوری کنم که اولین مشکل تأثیر است که در طول چندین مقاله """، ""، """ با آن برخورد کردیم.

مشکل دوم مربوط به پدیده ای است که به عنوان "فشار سبک" وارد جامعه علمی شده است.

خورشید از یک طرف زمین را جذب می کند و از طرف دیگر بر آن فشار ایجاد می کند! موافقم - یک پدیده متناقض.

برای اولین بار، ایده وجود فشار نور توسط I. Kepler برای توضیح انحراف دنباله های دنباله دار از خورشید بیان شد. بعدها، D. Maxwell، پس از توسعه نظریه الکترومغناطیس، اصول ریاضی وجود فشار نور را استخراج کرد.

با توجه به تمام محاسبات، معلوم می شود که نیروی این فشار کم است، نور خورشید باید بر روی یک متر مربع از یک سطح سیاه که عمود بر پرتوها قرار دارد، فشار وارد کند. F=4.5·10 -6 نیوتن. اندازه گیری چنین نیرویی به صورت تجربی بسیار دشوار است، اما در سال 1900 فیزیکدان روسی P.N. لبدف ظاهراً او با استفاده از ترازوی پیچشی، آینه ها و منبع نور توانست فرضیه ماکسول را تأیید کند (شکل 1). در فیزیک، این عقیده ریشه دوانده است که علیرغم این واقعیت که فشار نور 11 مرتبه کمتر از فشار اتمسفر است، با این وجود، دقیقاً همین است که خورشید را از فروپاشی گرانشی دور نگه می دارد و دم دنباله دارها را نیز از آن دور می کند. خورشید. به همین دلیل، گاهی اوقات دنباله دارها ابتدا دم ​​پرواز می کنند.

درباره دنباله‌دارهایی که با دم‌هایشان مسیری را به دور خورشید ترسیم می‌کنند و اکنون تمام توجه به پارادوکس‌های بیان شده و مشکلاتی است که به نظر می‌رسد بر آن‌ها غلبه می‌کنیم، اما از این طریق دیگران را ایجاد می‌کنیم، زیرا آنها شروع به تکثیر می کنند.

همه کتاب‌های درسی و نه کتاب‌های درسی کاملاً کپی شده از یکدیگر می‌گویند که اگر فوتون جرم و تکانه داشته باشد، باید با این جرم و تکانه فشار وارد کند.

یک عبارت مشخص از ادبیات آموزشی: "نتایج آزمایشات لبدف، کامپتون، و همچنین آزمایشات در مورد مطالعه اثر فوتوالکتریک، مومنتوم فوتون ها را تایید کرد."

و اگر فوتون ها دارای این تکانه باشند، باید با این تکانه بر چیزی تأثیر بگذارند. بنابراین، تمام توضیحات مربوط به فشار نور به آنالوگ های سیستم های مکانیکی مانند کیهان کلان خلاصه می شود: «اگر نور را به عنوان جریانی از فوتون ها در نظر بگیریم، طبق اصول مکانیک کلاسیک، ذرات هنگام برخورد با جسم، باید حرکت حرکتی را منتقل کنند. به آن، به عبارت دیگر، فشار وارد کنید.»

من تفسیری کاملاً مخالف از اصل انتقال انرژی دارم. فوتون‌ها ذرات مکانیکی نیستند که مانند شهاب‌سنگ‌ها بتوانند به زمین برخورد کنند و تکانه‌های پس زدن دریافت کنند. مکانیک اینجا کار نمی کند، زیرا ... فوتون ها به صورت الاستیک وارد نمی شوند، آنها به یک محیط مرتبط - به اتر الکترومغناطیسی ماده وارد می شوند. برهمکنش یک فوتون با اتم های یک ماده معین در سطح میدان اتفاق می افتد. در واقع یک تکانه حرکت در ماده ایجاد می شود، اما پس نمی کشد، بلکه بیشتر می شود (به سمت حرکت فوتون)، (نگاه کنید به ").

فشار نور با فشار تشعشعات الکترومغناطیسی درون ستارگان مقایسه می‌شود، جایی که می‌تواند به مقادیر بسیار زیادی برسد، و این اعتبار به آن داده می‌شود. از آنجایی که نیروهای فشار سبک فرضی، همراه با نیروهای گرانشی، نقش مهمی در فرآیندهای درون ستاره ای دارند. البته فشار درون ستارگان خارج از مقیاس است، اما فشار به خودی خود ایجاد نمی شود - بلکه توسط گرانش ایجاد می شود. این فشار نیست که گرانش را ایجاد می کند، بلکه فشار است که مشتق گرانش است. و اینها در حال حاضر دو تفاوت بزرگ هستند.

تمام منابع ارائه کننده موضوع فشار نور و تأیید آزمایشی آن برای لبدف ارسال می شود. اما 113 سال از آزمایش معروف می گذرد. و چه چیزی، در بیش از صد سال، حتی یک آزمایشگاه هم زحمت بررسی مجدد این تجربه را نداشت؟ من فکر می‌کنم که امروزه، زمانی که ما در حال ساختن ماستودون‌های علمی مانند LHC (برخوردکننده بزرگ هادرون) هستیم، ساختن مقیاس‌های پیچشی ارزان قیمت چندان بالایی ندارد. بنابراین، تکرار آزمایش وجود فشار نور برای علم بسیار مفید خواهد بود.

در عین حال، من رد نمی‌کنم که چنین آزمایش‌هایی قبلاً و شاید بیش از یک بار انجام شده باشد، اما نتیجه‌ای نداشته است. بنابراین امروز نه تکذیب داریم و نه تایید.

من می توانم حدس بزنم که چرا آزمایش کنندگان گزارش های خود را منتشر نکردند. ابتدایی، آنها می ترسیدند - آنها می خندیدند! این تجربه کاملاً ظریف است و درجه خطا نیز زیاد است. و سپس، اقتدار لبدف به اعمال فشار ادامه می دهد، بنابراین ساکت ماندن آسان تر از قرار دادن کاما در علامت اشتباه است، خدای ناکرده.

حالا در مورد پارادوکس همزمانی جاذبه و دافعه. طبیعت در ذات خود به اندازه انسان "باهوش" نیست. فقط یک فیزیکدان علمی که به خورشید نگاه می کند می تواند بگوید: خورشید منبع خیره کننده نور سفید است و در عین حال اضافه کند که خورشید یک جسم کاملاً سیاه است. در طبیعت هرگز تضادها و متضادها به طور همزمان مشاهده نمی شوند. امواج صوتی و نوری همیشه از مرکز تولید ساطع می شود و هرگز برعکس. یک بدن سرد هرگز نمی تواند جسم گرم را گرم کند. حتی باد نیز با وجود تغییر مداوم جهت، هرگز برخلاف همان باد نمی وزد. متضاد "دوآلیسم فوتون"، در این مورد این پدیده تضاد نیست، بلکه جلوه ای از ویژگی های یکسان است، اما توسط دستگاه های مختلف آشکار می شود.

علم، پس از آزمایش‌های لبدف، به‌رغم تناقض متناقض، بیش از یک قرن است که در نوعی از خود راضی بوده است. دو نیروی ایجاد شده توسط یک منبع نمی توانند و نباید مخالف یکدیگر یا به سمت یکدیگر باشند. علاوه بر این، یک نیرویی که با کمک آن خورشید زمین را جذب می کند، 1013 (ده تریلیون) بار از نیروی دوم (نیروی فشار) فراتر می رود.

بر اساس چنین مقدمات منطقی، می‌توان نتیجه گرفت: در طبیعت فقط یکی باید وجود داشته باشد، یا جاذبه یا دافعه (فشار). هیچ تناقضی در طبیعت نمی تواند وجود داشته باشد، همه چیز به طور منطقی در آنجا متعادل است، بنابراین، برای اینکه این تضاد وجود نداشته باشد، باید یکی از نیروها را حذف کرد. چه چیزی را مستثنی خواهیم کرد؟ فشار نور یا همان جاذبه زمین به خورشید؟ واضح است که نیروی گرانش حتی توسط خود خدا و نیرو نیز قابل لغو نیست فشار سبک، قابل حذف است. نگران نباشید - این اراده گرایی نیست. فشار سبک باید به دلیلی حذف شود - همانطور که ثابت نشده است!

متاسفم، اما پیوتر لبدف با تجربه ظریفش چطور؟

من معتقدم که با وجود تمام ترفندها و مشکلات در غلبه بر تأثیر تشعشع بر نتیجه نهایی، لبدف در آزمایشات خود هرگز نتوانست از آن بهبود یابد. خلاء در آزمایشات لبدف حدود 10-4 میلی متر جیوه بود. هنر - با استانداردهای امروزی، این دیگر خلاء نیست. بنابراین، من معتقدم که این آزمایش وجود چنین پدیده ای مانند فشار نور را تایید نمی کند. و در این درک من تنها نیستم. اکنون از لرد کلوین کمک خواهم خواست، کسی که هرگز به وجود فشار سبک اعتقاد نداشت. همانطور که مورخان می نویسند، ظاهراً او با اکراه پس از ارائه گزارشی که لبدف در پاریس نتایج خود را اعلام کرد، تسلیم شد.

نشریاتی در اینترنت وجود دارد که نویسندگان آنها نیز با حیرت از این موضوع می پرسند تا کی؟ به عنوان مثال، گریشایف A.A. ، که شاید فقط در این موضوع با آنها هم عقیده باشیم. او در پایان پاراگراف مقاله خود "آزمایش های لبدف در مطالعه فشار نور" نتیجه گیری زیر را انجام می دهد: "همانطور که می بینید، برای آونگ N2 نسبت میانگین بزرگی اثرات برای اهداف سیاه شده و آینه ای فقط 1.2 بود. برای آونگ N3 - 1.3. این ارقام نشان می دهد که لبدف با "فشار ماکسولی" سر و کار نداشت، بلکه ظاهراً با نیروهای رادیومتری باقیمانده مواجه بود. اثر لبدف، که در آن "فشار نور" روی گازها را مورد مطالعه قرار داد، برداشت عجیب‌تری ایجاد می‌کند.

در همان مقاله، نویسنده با جزئیات جزئی اثرات Compton و Mössbauer را شرح می دهد. نویسنده به این نتیجه می رسد که اشعه ایکس و γ-کوانتوم حرکت حرکتی را منتقل نمی کنند و بنابراین "پس زدن" وجود ندارد. من با نویسنده در مورد فرض اول که موافق نیستم بحث نمی کنم. در مورد پیام دوم، پلت فرم من دقیقاً بر اساس عدم بازگشت ساخته شده است، اما با حضور ضروری بازگشت.

در اینجا مناسب است به منبع دیگری اشاره شود که مستقیماً به «اضافه» اشاره می کند (سایت: دانشنامه فیزیک و فناوری). در اینجا گزیده ای از این مقاله آمده است: «ویژگی های خاص D. s. (فشار نور) در سیستم های اتمی کمیاب در هنگام پراکندگی رزونانسی نور شدید، زمانی که فرکانس تابش لیزر برابر با فرکانس انتقال اتمی است، شناسایی می شوند. با جذب یک فوتون، اتم یک ضربه در جهت پرتو لیزر دریافت می کند و به حالت برانگیخته می رود. علاوه بر این، اتم با گسیل خود به خود یک فوتون، تکانه (خروجی نور) را در جهت دلخواه به دست می آورد. با جذب‌های بعدی و گسیل‌های خود به خود فوتون‌ها، پالس‌های خروجی نور که به‌طور دلخواه هدایت می‌شوند، متقابلاً لغو می‌شوند، و در نهایت، اتم تشدیدکننده یک تکانه در امتداد پرتو نور دریافت می‌کند - تشدید D.S. (پایان نقل قول).

یک یادداشت کوتاه در مورد فشار نور بر دم دنباله دار. این موضوع نیاز به بررسی دقیق تری دارد، همانطور که در بالا ذکر شد، مقاله جداگانه ای در مورد این موضوع نوشته خواهد شد. اکنون، فقط برای خوانندگان، می خواهم سؤال زیر را تیزتر کنم. برخی دنباله دارها می توانند تا صدها میلیون کیلومتر گسترش پیدا کنند. سوال: چرا دم دنباله دار به سایه سر دنباله دار می رود؟ آیا فشار کم آنها را به آنجا هدایت می کند؟ اما در سایه‌ها همان نور وجود ندارد و دم‌ها در مسیرهای دورتر حرکت می‌کنند و در نتیجه با سرعتی بسیار بالاتر از سرشان پیشی می‌گیرند. پس وقتی دم جلوتر از هسته دنباله دار می رود، فشار نور به کجا می رسد. چرا فشار نور نسبت به دم عقب افتاده واکنش سختی نشان می دهد اما به دمی که در حال سبقت است توجهی نمی کند؟ چه، پارادوکس دیگر؟

من تمام تلاش‌ها را برای توضیح فشار نور، مطابق با مکانیک کلاسیک، نادرست می‌دانم. بنابراین، لازم است همان آزمایش لبدف را فقط با هدفی متفاوت انجام دهیم.

ضد فشار نور

جذب نور

لبدف در آزمایشات خود از یک فیلتر آب برای قطع امواج حرارتی استفاده کرد (مورد 5، شکل 1) او فرض کرد که امکان فیلتر کردن اجزای حرارتی وجود دارد.

در این راستا می‌خواهم افکارم را اضافه کنم، شاید محققان آینده یا فعلی مرا اصلاح کنند. هیچ فیلتری به خلاص شدن از اثر حرارتی در طول این آزمایش کمک نمی کند. اگر ناحیه قرمز را قطع کنید، آزمایش کامل نخواهد شد. از طرف دیگر، تمام طیف نور که بر روی یک ماده یا همان "بالهای لبدف" می افتد، گرمای خود را در آنها ایجاد می کند، طبیعت اینگونه است.

و اکنون موضوع و وظیفه برندگان جایزه نوبل آینده، من پیشنهاد می کنم طراحی بال های لبدف را کمی تغییر دهیم. شما باید در جهت مخالف بروید - ضخامت هدف را کاهش ندهید، بلکه آن را افزایش دهید و یک ساندویچ درست کنید. در سمت روشن شده یک هدف کاملاً سیاه رنگ 1 وجود دارد و در سمت عقب یک بازتابنده حرارتی 2 وجود دارد (شکل 2). در این مورد، باید اثر معکوس رخ دهد - بال باید علیرغم "فشار نور" به سمت جریان نور حرکت کند. بنابراین، شما اثر معکوس ضد فشار نور یا جذب نور را ثابت خواهید کرد. و به طور کلی، چرخش بال های سیاه در امتداد بردار نور ورودی (منبع) دلیلی بر این خواهد بود که گرانش توسط گرما ایجاد می شود.

البته خلاء باید 100 درصد باشد. شاید منبع نور باید در همان لامپ گیرنده قرار گیرد، فقط لامپ باید حجم زیادی داشته باشد.

برای محققین آرزوی موفقیت دارم.

مفروضات من بر این اساس چیست که هدف به سمت منبع حرکت می کند. چندین قیاس از این نوع در فیزیک وجود دارد. به عنوان مثال، اثر فوتوالکتریک، اشعه ایکس، تابش γ. در اثر فوتوالکتریک، الکترون های ساطع شده از کاتد به سمت تابش UV هجوم می برند. در طول تابش پرتو ایکس برمسترالانگ، فوتون‌ها (کوانتا) تولید می‌شوند که در مقابل تابشگر نیز ساطع می‌کنند. همه آنها ذرات هستند، امواج حامل تکانه های انرژی. اما بر خلاف الکترون، فوتون ها ذرات بدون جرم هستند و وقتی انرژی خارجی تامین می شود، بدون پس زدن به بیرون پرواز می کنند، اما تکانه ماده را با خود می برند. ماده انگیزه اضافه را دریافت می کند - "". هدف باید به سمت منبع حرکت کند.

به موارد فوق، می خواهم اضافه کنم که زمانی، اخترفیزیکدان N.A. کوزیرف از ترازوی پیچشی چند بازویی برای آزمایشات خود استفاده کرد (من در مقاله "گرانش کوانتومی" به این موضوع خواهم پرداخت). بنابراین این دستگاه به گرما و سرما حساس بود. من توانستم برخی از این آزمایش ها را تکرار کنم.

من می خواهم توجه دانش آموزان را جلب کنم - در این ویدیو چرخنده به دلیل عمل نمی چرخد فشار سبکروی بال های او، اما به خواست برنامه نویس. در آزمایش P. Lebedev، هیچ چیز چرخید، بلکه فقط کمی چرخید. اما چه نیرویی بال ها را برگرداند؟ قبلاً در این مورد صحبت کرده ام.

من پیشنهاد می کنم 0.01٪ از بودجه LHC را کاهش دهیم و حدود 1 میلیون دلار خواهد بود. فکر می کنم آزمایش لبدف برای تکرار آن کافی باشد.

اوه جامعه علمی! در نهایت باید به این سوال پایان داد: آیا نور به ما فشار می آورد یا نه، در غیر این صورت هر فردی تا پایان عمر خود نمی تواند بفهمد که آیا هنگام بیرون آمدن از سایه به خورشید اضافه وزن پیدا کرده است؟

>> فشار سبک

§ 91 فشار نور

ماکسول، بر اساس نظریه الکترومغناطیسی نور، پیش بینی کرد که نور باید بر موانع فشار وارد کند.

تحت تأثیر میدان الکتریکی موجی که بر روی سطح جسم، به عنوان مثال یک فلز، برخورد می کند، یک الکترون آزاد در جهت مخالف بردار حرکت می کند (شکل 11.7). یک الکترون متحرک توسط نیروی لورنتس که در جهت انتشار موج هدایت می شود، وارد می شود. کل نیروی وارد بر الکترون های سطح فلز، نیروی فشار نور را تعیین می کند.

برای اثبات اعتبار نظریه ماکسول، اندازه گیری فشار نور مهم بود. بسیاری از دانشمندان سعی کرده اند این کار را انجام دهند، اما بدون موفقیت، زیرا فشار نور بسیار کم است. در یک روز آفتابی روشن، نیرویی معادل تنها 4 10 -6 N بر روی سطحی با مساحت 1 متر مربع عمل می کند. فشار نور برای اولین بار توسط فیزیکدان روسی پیوتر نیکولاویچ لبدف در سال 1900 اندازه گیری شد.

لبدف پتر نیکولایویچ (1866-1912)- فیزیکدان روسی که برای اولین بار فشار نور را بر روی جامدات و گازها اندازه گیری کرد. این آثار به طور کمی نظریه ماکسول را تایید کردند. او در تلاش برای یافتن شواهد تجربی جدید در مورد نظریه الکترومغناطیسی نور، امواج الکترومغناطیسی با طول موج میلی متری را به دست آورد و تمام خواص آنها را مطالعه کرد. او اولین مدرسه فیزیکی را در روسیه ایجاد کرد. بسیاری از دانشمندان برجسته شوروی شاگردان او بودند. موسسه فیزیک آکادمی علوم اتحاد جماهیر شوروی (FIAN) نام لبدف را دارد.

دستگاه لبدف از یک میله بسیار سبک روی یک نخ شیشه ای نازک تشکیل شده بود، اما لبه های آن دارای بال های سبکی بود که به آنها چسبانده شده بود (شکل 11.8). کل دستگاه در ظرفی قرار داده شد که هوا از آن خارج می شد. نور بر روی بال هایی که در یک طرف میله قرار داشتند، افتاد. مقدار فشار را می توان با زاویه پیچش نخ قضاوت کرد. مشکلات در اندازه گیری دقیق فشار نور با ناتوانی در پمپاژ تمام هوا از کشتی همراه بود (حرکت مولکول های هوا ناشی از گرم شدن نابرابر بال ها و دیواره های کشتی منجر به گشتاورهای اضافی می شود). علاوه بر این، پیچش نخ تحت تأثیر گرمای نابرابر دو طرف بالها قرار می گیرد (سمت رو به منبع نور بیشتر از طرف مقابل گرم می شود). مولکول‌هایی که از سمت گرم‌تر منعکس می‌شوند، نسبت به مولکول‌هایی که از سمت گرم‌تر منعکس می‌شوند، تکانه بیشتری به بالچه منتقل می‌کنند.

لبدف با استفاده از یک کشتی بسیار بزرگ و بالهای بسیار نازک، علیرغم سطح پایین فناوری تجربی در آن زمان، توانست بر همه این مشکلات فائق آید. در نهایت وجود فشار نور بر روی جامدات ثابت و اندازه گیری شد. مقدار به دست آمده با مقدار پیش بینی شده توسط ماکسول مطابقت داشت. پس از آن، پس از سه سال کار، لبدف موفق به انجام آزمایشی ظریف تر شد: اندازه گیری فشار نور بر روی گازها.

ظهور نظریه کوانتومی نور، توضیح ساده‌تر علت فشار نور را ممکن کرد. فوتون ها مانند ذرات ماده که دارای جرم سکون هستند دارای تکانه هستند. هنگامی که توسط بدن جذب می شوند، تکانه خود را به آن منتقل می کنند. طبق قانون بقای تکانه، تکانه جسم برابر با تکانه فوتون های جذب شده می شود. بنابراین جسمی که در حال استراحت است به حرکت در می آید. تغییر در تکانه جسم، طبق قانون دوم نیوتن به این معنی است که نیرویی بر جسم وارد می شود.

آزمایش‌های لبدف را می‌توان به‌عنوان اثبات تجربی مبنی بر حرکت فوتون‌ها در نظر گرفت.

اگرچه فشار نور در شرایط عادی بسیار کم است، اما تأثیر آن می تواند قابل توجه باشد. در درون ستارگان، در دمای چند ده میلیون کلوین، فشار تابش الکترومغناطیسی باید به مقادیر عظیمی برسد. نیروهای فشار نور به همراه نیروهای گرانشی نقش مهمی در فرآیندهای ستاره ای دارند.

با توجه به الکترودینامیک ماکسول، فشار نور به دلیل عمل نیروی لورنتس بر الکترون های محیط ایجاد می شود که تحت تأثیر میدان الکتریکی یک موج الکترومغناطیسی نوسان می کند. از دیدگاه تئوری کوانتومی، فشار در نتیجه انتقال تکانه های فوتون به بدن هنگام جذب ظاهر می شود.

Myakishev G. Ya.، فیزیک. پایه یازدهم: آموزشی. برای آموزش عمومی موسسات: پایه و مشخصات. سطوح / G. Ya. Myakishev, B. V. Bukhovtsev, V. M. Charugin; ویرایش شده توسط V. I. Nikolaeva، N. A. Parfentieva. - ویرایش هفدهم، بازبینی شده. و اضافی - م.: آموزش و پرورش، 1387. - 399 ص: بیمار.

دانلود کتاب های درسی همه دروس، تدوین طرح درس برای معلمان، فیزیک و نجوم پایه یازدهم به صورت آنلاین

محتوای درس یادداشت های درسیفن آوری های تعاملی روش های شتاب ارائه درس فریم پشتیبانی می کند تمرین کارها و تمرین ها کارگاه های خودآزمایی، آموزش ها، موارد، کوئست ها سوالات بحث تکلیف سوالات بلاغی از دانش آموزان تصاویر صوتی، کلیپ های ویدئویی و چند رسانه ایعکس، عکس، گرافیک، جداول، نمودار، طنز، حکایت، جوک، کمیک، تمثیل، گفته ها، جدول کلمات متقاطع، نقل قول افزونه ها چکیده هاترفندهای مقاله برای گهواره های کنجکاو کتاب های درسی پایه و فرهنگ لغت اضافی اصطلاحات دیگر بهبود کتب درسی و دروستصحیح اشتباهات کتاب درسیبه روز رسانی یک قطعه در کتاب درسی، عناصر نوآوری در درس، جایگزینی دانش منسوخ شده با دانش جدید فقط برای معلمان درس های کاملبرنامه تقویم برای سال دروس تلفیقی

با فشار نورفشاری است که توسط امواج نوری الکترومغناطیسی که بر سطح جسم تابیده می شود. وجود فشار توسط جی ماکسول در نظریه الکترومغناطیسی نور پیش‌بینی شده بود.

به عنوان مثال، اگر یک موج الکترومغناطیسی بر روی فلزی بیفتد (شکل 19.9)، سپس تحت تأثیر میدان الکتریکی یک موج با شدت \(\vec E\)، الکترون های لایه سطحی فلز خواهند بود. حرکت در جهت مخالف بردار \(\vec E,\) با سرعت \(\vec \upsilon = const.\) میدان مغناطیسی یک موج با القاء \(~B\) روی الکترونهای متحرک با لورنتس عمل می کند زور اف الدر جهت عمود بر سطح فلز (طبق قانون سمت چپ). فشار R،اعمال شده توسط موج بر روی سطح فلز را می توان به عنوان نسبت نیروهای لورنتس حاصل بر روی الکترون های آزاد در لایه سطحی فلز به مساحت سطح فلز محاسبه کرد:

\(p ​​= \dfrac( \sum_(n=1)^n \vec F_(iL) )(S).\)

ماکسول بر اساس تئوری الکترومغناطیسی فرمولی برای فشار نور به دست آورد. او با کمک آن فشار نور خورشید را در ظهر روشن بر روی جسم کاملاً سیاهی که عمود بر پرتوهای خورشید قرار دارد محاسبه کرد. این فشار 4.6 μPa بود:

\(~p = (1 + \rho)\dfrac(J)(c).\)

جایی که جی- شدت نور، \(~\rho\) - ضریب بازتاب نور (به بند 16.3 مراجعه کنید)، با- سرعت نور در خلاء برای سطوح آینه \(~\rho = 1,\) با جذب کامل (برای یک بدنه کاملاً سیاه) \(~\rho = 0\)

از دیدگاه نظریه کوانتومی، فشار نتیجه این واقعیت است که فوتون دارای تکانه است \(p_f = \dfrac(h \nu)(c).\) اجازه دهید نور عمود بر سطح بدن و در 1 s N روی 1 متر مربع از فوتون های سطح می افتد. برخی از آنها توسط سطح بدن جذب می شوند (برخورد غیر کشسان) و هر یک از فوتون های جذب شده تکانه خود را به این سطح منتقل می کند \(p_f = \dfrac(h \nu)(c).\) بخشی از فوتون ها منعکس خواهد شد (برخورد الاستیک). فوتون منعکس شده از سطح در جهت مخالف پرواز می کند. کل تکانه منتقل شده به سطح توسط فوتون منعکس شده برابر خواهد بود

\(\ دلتا p_f = p_f - (-p_f) = 2p_f = 2\dfrac(h \nu)(c).\)

فشار نور بر روی سطح برابر ضربه ای خواهد بود که در 1 ثانیه توسط تمام فوتون های N که به 1 متر مربع از سطح بدن برخورد می کنند (\(F\Delta t=\Delta p \Rightarrow F=\ frac(\Delta p)(\Delta t = \frac(F)(S)=\frac(\Delta p)(S\Delta t))). اگر \(~\rho\) ضریب بازتاب نور از یک سطح دلخواه باشد، \(k\) میزان عبور نور است، سپس \(~\rho \cdot N\) تعداد فوتون های منعکس شده است و \ (~(1 - k - \rho)N\) - تعداد فوتونهای جذب شده. بنابراین، فشار نور

\(p ​​= 2 \rho N \dfrac(h \nu)(c)+(1-k-\rho)N\dfrac(h \nu)(c) = (1 - k + \rho) N \dfrac (h\nu)(c).\)

این محصول نشان دهنده انرژی تمام فوتون هایی است که در 1 ثانیه به 1 متر مربع از سطح می افتند. این شدت نور است (چگالی شار سطحی نور فرودی):

\(Nh\nu = \dfrac(W)(S \cdot t) = I.\)

بنابراین، فشار نور \(p = (1 - k + \rho)\dfrac(I)(c).\)

فشار نور پیش بینی شده توسط ماکسول به طور تجربی توسط فیزیکدان روسی P. N. Lebedev کشف و اندازه گیری شد. در سال 1900 فشار نور را بر روی جامدات و در 1907-1910 اندازه گیری کرد. - فشار کم روی گازها

وسیله ای که لبدف برای اندازه گیری فشار نور ایجاد کرد، یک دینامومتر پیچشی (تعادل پیچشی) بسیار حساس بود. قسمت متحرک آن یک قاب سبک بود که بر روی یک نخ نازک معدن آویزان بود و بالهایی به آن متصل بود - دیسک های روشن و سیاه تا 0.01 میلی متر ضخامت. بال ها از فویل فلزی ساخته شده اند (شکل 19.10). این قاب در داخل ظرفی آویزان بود که هوا از آن خارج می شد.

نوری که روی بال ها می افتاد فشارهای متفاوتی بر دیسک های روشن و سیاه وارد می کرد. در نتیجه، گشتاوری روی قاب اثر می‌کند که نخ تعلیق را می‌پیچد. برای تعیین فشار نور از زاویه پیچش نخ استفاده شد.

مشکلات در اندازه‌گیری فشار نور به دلیل مقدار بسیار کم آن و وجود پدیده‌هایی بود که دقت اندازه‌گیری‌ها را بسیار تحت تأثیر قرار می‌دهند. اینها شامل ناتوانی در پمپاژ کامل هوا از کشتی بود که منجر به وقوع به اصطلاح اثر رادیومتری

ماهیت این پدیده به شرح زیر است. طرف بالها که رو به منبع نور است بیشتر از طرف مقابل گرم می شود. بنابراین، مولکول‌های هوا که از سمت گرم‌تر منعکس می‌شوند، نسبت به مولکول‌هایی که از سمت گرم‌تر منعکس می‌شوند، تکانه بیشتری به بال بال منتقل می‌کنند. این باعث ایجاد گشتاور اضافی می شود.

نموداری از نصب لبدف برای اندازه گیری فشار نور بر روی گازها در شکل 19.11 نشان داده شده است. عبور نور از دیوار شیشه ای آ،روی گاز محصور در یک کانال استوانه ای عمل می کند که در.تحت فشار نور، گاز از کانال B به کانال ارتباط با آن جریان می یابد با.در کانال بایک پیستون متحرک سبک وجود دارد د،توسط یک نخ الاستیک نازک آویزان شده است E،عمود بر صفحه ترسیم فشار نور بر اساس زاویه پیچ رزوه محاسبه شد.

- فشاری که نور بر اجسام بازتابنده و جذب کننده، ذرات و همچنین مولکول ها و اتم های منفرد وارد می کند. یکی ازعمل محرک نور مربوط به انتقالپالس میدان الکترومغناطیسی ماده فرضیه وجود فشار سبک ابتدا مطرح شد I. کپلر (J.Kepler) در قرن هفدهم. برای توضیح انحرافدم دنباله دار از خورشید. تئوری فشار نور در چارچوب الکترودینامیک کلاسیک ارائه شده استجی. ماکسول (J. Maxwell) در سال 1873. در آن فشار نور با پراکندگی و جذب ارتباط نزدیک دارد.موج الکترومغناطیسی ذرات ماده در داخلنظریه کوانتوم فشار سبک نتیجه انتقال ضربه استفوتون ها به بدن

در سال 1873، ماکسول، بر اساس ایده هایی در مورد ماهیت الکترومغناطیسی نور، پیش بینی کرد که نور باید بر موانع فشار وارد کند. این فشار در اثر نیروهای وارده از اجزای الکتریکی و مغناطیسی میدان الکترومغناطیسی موج بر بارهای موجود در جسم روشن ایجاد می شود.

اجازه دهید نور روی یک صفحه رسانا (فلزی) بیفتد. جزء الکتریکی میدان موج بر روی الکترون های آزاد با یک نیرو عمل می کند

F el =q E,

جایی که q بار الکترون است. E شدت میدان الکتریکی موج است.

الکترون ها با سرعت شروع به حرکت می کنند V(شکل 1) از جهت Eدر موج به طور متناوب به سمت مخالف تغییر می کند، سپس الکترون ها به طور دوره ای جهت حرکت خود را به سمت مخالف تغییر می دهند، یعنی. انجام نوسانات اجباری در امتداد جهت میدان الکتریکی موج.

شکل 1 - حرکت الکترون

جزء مغناطیسی که درمیدان الکترومغناطیسی یک موج نور با نیروی لورنتس عمل می کند

F l = q V B،

جهت آن، مطابق با قاعده چپ، با جهت انتشار نور منطبق است. هنگامی که جهت Eو ببه سمت مخالف تغییر می کند، سپس جهت سرعت الکترون نیز تغییر می کند، اما جهت نیروی لورنتس بدون تغییر باقی می ماند. برآیند نیروهای لورنتس که بر روی الکترون های آزاد در لایه سطحی یک ماده وارد می شوند، نیرویی است که نور با آن به سطح فشار می آورد.

شکل 2

1- بال آینه; 2- بال سیاه شده; 3-آینه; 4-مقیاس برای اندازه گیری زاویه چرخش. 5 نخ شیشه

فشار سبک را نیز می توان بر اساس توضیح داد کوانتومی ایده هایی در مورد نور همانطور که در بالا گفته شد، فوتون ها دارای تکانه هستند. هنگامی که فوتون ها با ماده برخورد می کنند، برخی از فوتون ها منعکس می شوند و برخی جذب می شوند. هر دو فرآیند با انتقال تکانه از فوتون ها به سطح روشن همراه است. طبق قانون دوم نیوتن، تغییر در تکانه جسم به این معنی است که نیروی فشار نور بر جسم وارد می شود. F دادن. نسبت مدول این نیرو به سطح بدن برابر است با فشار نور روی سطح: P = F فشار /S.

وجود فشار نور به طور تجربی توسط لبدف تأیید شد. دستگاه ساخته شده توسط لبدف یک مقیاس پیچشی بسیار حساس بود. قسمت متحرک ترازو یک قاب روشن با بالهای روشن و تیره به ضخامت 0.01 میلی متر بود که بر روی یک نخ کوارتز نازک آویزان شده بود. نور فشار متفاوتی بر بالهای روشن (بازتابنده) و تاریک (جذب) وارد می کرد. در نتیجه، گشتاوری روی قاب اثر می‌کند که نخ تعلیق را می‌پیچد. برای تعیین فشار نور از زاویه پیچش نخ استفاده شد.

مقدار فشار به شدت نور بستگی دارد. با افزایش شدت، تعداد فوتون‌های برهمکنش با سطح بدن افزایش می‌یابد و در نتیجه تکانه دریافتی سطح افزایش می‌یابد.
پرتوهای لیزر قدرتمند فشاری بیش از فشار اتمسفر ایجاد می کنند.

با تابش طبیعی نور بر روی سطح جسم جامد، فشار نور با فرمول تعیین می شود پ = اس(1 — آر)/ج، جایی که اس — چگالی شار انرژی (شدت نور)، آر- ضریب بازتاب نور از سطح

فشار نور بر روی جامدات برای اولین بار به صورت تجربی مورد مطالعه قرار گرفتپ.ن لبدف در سال 1899. مشکلات اصلی در تشخیص تجربی فشار نور در جداسازی آن از پس زمینه بود.نیروهای رادیومتری و همرفتی که اندازه آن به فشار گاز اطراف بدن و در صورت ناکافی بستگی دارد.خلاء می تواند چندین مرتبه از فشار نور فراتر رود. که درآزمایشات لبدف در یک ظرف شیشه ای تخلیه شده (mmHg)، بازوهای راکر روی یک نخ نازک نقره ای آویزان شدند.مقیاس های پیچشی با بال های دیسکی نازک متصل به آنها که تحت تابش قرار می گرفتند. بال ها از فلزات مختلف ساخته می شدند ومیکا با سطوح مخالف یکسان لبدف با تابش متوالی سطوح جلویی و عقبی بال‌ها با ضخامت‌های مختلف، توانست اثر باقی‌مانده نیروهای رادیومتری را خنثی کند و مطابقت رضایت‌بخش (با خطا) با نظریه ماکسول به دست آورد. در سال‌های 1907-1910 لبدف آزمایش‌های ظریف‌تری برای مطالعه انجام دادفشار کم روی گازها و همچنین مطابقت خوبی با نظریه پیدا کرد.

فشار نور نقش زیادی در پدیده های نجومی و اتمی دارد. در اخترفیزیک، فشار نور به همراه فشار گاز، پایداری ستارگان را با مقابله با آن تضمین می کندنیروهای گرانشی . عمل فشار نور برخی از اشکال دم دنباله دار را توضیح می دهد. اثرات اتمی شامل به اصطلاح. خروجی نورانی که یک اتم برانگیخته هنگام گسیل یک فوتون تجربه می کند.

در رسانه های فشرده فشار کم می تواند باعث شودجریان حامل (اثر فوتوالکتریک را ببینید).

ویژگی های خاص فشار نور در سیستم های اتمی کمیاب یافت می شودپراکندگی رزونانسی نور شدید زمانی که فرکانس تابش لیزر با فرکانس برابر باشدانتقال اتمی . با جذب یک فوتون، اتم یک ضربه در جهت پرتو لیزر دریافت می کند و به داخل می رود.حالت هیجانی . سپس، با گسیل خود به خود یک فوتون، اتم تکانه پیدا می کند ( راندمان نورانی) در هر جهت. با خریدهای بعدی وانتشارات خود به خود فوتون‌ها، پالس‌های خروجی نور که به‌طور خودسرانه هدایت می‌شوند، یکدیگر را خنثی می‌کنند و در نهایت، اتم تشدید کننده پالسی در امتداد پرتو نور دریافت می‌کند. فشار تشدید نور . زور اففشار تشدید نور بر روی یک اتم به عنوان تکانه ای است که توسط یک شار فوتون با چگالی منتقل می شود. ندر واحد زمان: , جایی که -تکانه یک فوتون، - مقطع جذب فوتون تشدید کننده، -طول موج نور . در چگالی تابش نسبتاً کم، فشار تشدید نور به طور مستقیم با شدت نور متناسب است. در تراکم بالا نبه دلیل نهایی()در طول عمر سطح برانگیخته، جذب اشباع می شود و اشباع فشار تشدید نور (نگاه کنید به.اثر اشباع ). در این حالت، فشار نور توسط فوتون‌هایی ایجاد می‌شود که به‌طور خود به خود از اتم‌ها با فرکانس متوسط ​​(معکوس به طول عمر اتم برانگیخته) در جهت تصادفی تعیین‌شده ساطع می‌شوند.نمودار انتشار اتمی . قدرت فشار نور به شدت بستگی ندارد، اما با سرعت اعمال خود به خودی انتشار تعیین می شود: . برای مقادیر معمولی c-1 و μm، نیروی فشار نور eV/cm است. وقتی اشباع شود، فشار تشدید نور می تواند شتاب اتم ها را تا 10 5 ایجاد کند.
g (g — شتاب گرانش ). چنین نیروهای بزرگی امکان کنترل انتخابی را فراهم می کندپرتوهای اتمی ، فرکانس نور را تغییر می دهد و گروه هایی از اتم ها را که در فرکانس های جذب تشدید کمی با هم تفاوت دارند، تحت تاثیر قرار می دهد. به طور خاص، امکان فشرده سازی وجود داردتوزیع ماکسولی با سرعت، حذف اتم های پرسرعت از پرتو. نور لیزر به سمت پرتو اتمی هدایت می‌شود، در حالی که فرکانس و شکل طیف تابش را انتخاب می‌کند تا سریع‌ترین اتم‌ها قوی‌ترین اثر ترمز فشار نور را به دلیل بیشتر بودنشان تجربه کنند.شیفت داپلر فرکانس تشدید یکی دیگر از کاربردهای احتمالی فشار تشدید نور، جداسازی گازها است: هنگام تابش یک ظرف دو محفظه پر از مخلوطی از دو گاز، که یکی از آنها با تشعشع تشدید می شود، اتم های تشدید تحت تأثیر فشار نور، تابش می کنند. به اتاق دور حرکت کنید

فشار تشدید نور بر روی اتم هایی که در یک میدان شدید قرار گرفته اند، ویژگی های عجیبی دارد.موج ایستاده . از نقطه نظر کوانتومی، یک موج ایستاده که توسط جریان های متقابل فوتون ها ایجاد می شود، به دلیل جذب فوتون ها و انتشار تحریک شده آنها، به اتم شوک وارد می کند. میانگین نیروی وارد بر اتم به دلیل ناهمگنی میدان در طول موج صفر نیست. از دیدگاه کلاسیک، نیروی فشار نور ناشی از عمل یک میدان ناهمگن فضایی بر روی القایی است.دوقطبی اتمی . این نیرو در گره هایی که در آن قرار دارند حداقل استلحظه دوقطبی القا نمی شود، و در پادگره، که در آن گرادیان میدان صفر می شود. حداکثر نیروی فشار نور به ترتیب بزرگی برابر است (علائم مربوط به حرکت درون فاز و ضد فاز دوقطبی ها با یک ممان است. ددر رابطه با میدان با شدت E). این نیرو می تواند به مقادیر عظیمی برسد: برای دبای، میکرومتر و V/cm، نیرو eV/cm است.

میدان موج ایستاده، پرتوی از اتم‌ها را که از پرتوی نور می‌گذرد، طبقه‌بندی می‌کند، زیرا دوقطبی‌ها که در پادفاز نوسان می‌کنند، مانند اتم‌های آزمایش استرن-گرلاخ در مسیرهای مختلفی حرکت می‌کنند. در پرتوهای لیزر، اتم‌هایی که در امتداد پرتو حرکت می‌کنند در معرض نیروی فشار نور شعاعی ناشی از ناهمگنی شعاعی چگالی میدان نور هستند.

هم ایستاده و همموج مسافرتی نه تنها حرکت قطعی اتم ها، بلکه آنها نیز رخ می دهدانتشار در فضای فاز با توجه به این واقعیت که اعمال جذب و گسیل فوتون ها فرآیندهای تصادفی کاملاً کوانتومی هستند. ضریب انتشار فضایی برای یک اتم با جرم مدر یک موج سفر برابر است با .

فشار تشدید نور مشابه آنچه در نظر گرفته شده است را نیز می توان تجربه کردشبه ذرات در جامدات:الکترون ها، اکسیتون ها و غیره

کتابشناسی - فهرست کتب

مصطفیف R.A.، Krivtsov V.G. فیزیک. م.، 2006.


تایپ کنید