Квантовая теория излучения .Световое давление
Впервые гипотеза о световом давлении была высказана И. Кеплером ещё в
1619 г. для объяснения отклонения хвостов комет, пролетающих вблизи
Солнца.
Модель фотонов позволяет очень просто вычислить давление, которое оказывает
на поверхность тела падающая на нее световая волна.
Пусть плоская монохроматическая волна падает под углом q к нормали
на идеальное плоское зеркало,
полностью отражающее свет.
В модели фотонов принимают, что каждый фотон с
импульсом [(p)\vec] испытывает упругое столкновение, при котором компонента
импульса p||, параллельная поверхности зеркала не изменяется, т.е.
Компонента p^ перпендикулярная поверхности, меняет знак на
противоположный:
Очевидно, что такое предположение согласуется с законом отражения света,
формулируемого в геометрической оптике.
При столкновении с зеркалом импульс фотона [(p)\vec] изменяется на величину
При этом импульс зеркала изменится на D[(p)\vec] ў = 2 [(p)\vec] cosq. (В замкнутой системе "зеркало + фотоны" полный
импульс сохраняется.)
Давление света на зеркало Pз равно произведению |D[(p)\vec] ў| на
плотность потока фотонов J:
Pз = |D |
® p
|
ў
|
| J = 2 |
(h/2p)w
c
|
· |
I
(h/2p)w
|
cosq. |
|
Окончательно получаем
Если волна падает на поверхность полностью поглощающую свет, то
D[(p)\vec] ў = [(p)\vec]cosq и световое давление оказывается
вдвое
меньшим по сравнению с идеальным зеркалом
Pз = (I/c) cosq.
Давление солнечного света падающего под прямым углом на зеркало у поверхности
Земли, равно Pз = 9,3·10-6 Па.
Рис. 3.
Формула (4) не содержит постоянной Планка и сопадает
с величиной светового давления, найденного в рамках классической
электродинамики Дж. Максвеллом (1873 г.).
Экспериментальное доказательство
светового давления было получено П.Н. Лебедевым в 1899 г. В его опыте,
принципиальная схема которого изображена на Рис. 3,
основной частью установки служили легкие крылышки из различных металлов и
слюды, подвешенные на тонкой стеклянной нити. На крылышки с помощью
специальной оптической системы направлялся свет от сильного источника.
Под воздействием падения света на отражающую (или поглощающую)
поверхность крылышки отклонялись и закручивали нить, что и позволяло с
хорошей точностью измерить величину светового давления.
|