5.2) Корпускулярно-хвильовий дуалізм. Тиск світла.Досліди Лебедєва. Хімічна дія світла

За життя Ньютона вважали, що світло — якийсь механічний процес. Потім, завдяки дослідженням Юнга, Гюйгенса, Френеля і Максвелла, ста­ла загальновизнаною хвильова теорія світла, в якій світло розглядалось як сукупність електромагнітних хвиль. Відкриття й дослідження фото­ефекту показало недостатність тільки хвильових уявлень про світло для пояснення всіх оптичних явищ.

Ейнштейн, розвиваючи гіпотезу Планка, першим запро­понував розглядати світло як сукупність величезної кількості «світлових частинок» — квантів світла (названих пізніше фо­тонами). Отже, відкриття та вивчення фотоефекту призвело до доповнення хвильової теорії квантовою теорією. Світло завж­ди має і хвильові, і квантові властивості

Уперше тиск світла виміряв П. М. Лебедсв за допомогою легкої «крильчатки», підвішеної у вакуумі на тонкій кварцевій нитці. Одне крильце було відбиваючим (дзеркало), дру­ге — поглинаючим. Тиск світла на дзеркальне крильце був удвічі більшим, ніж на зачорнене (у першому випадку при падінні-відбиванні перешкода одержує імпульс р_ф -(-р_ф)= 2р_ф , а у другому — тільки р_ф ). Тиск світла в звичайних умовах дуже малий: близько 4,5 мкПа (атмосферний тиск дорівнює 100 кПа!). Його вимірювання утруднялося ще й тим, що моле­кули газів, які залишилися у відкачаній колбі, створювали на крильця тиск, набагато більший за тиск світла. Однак Лебедєву вдалося подолати всі труднощі і досить точно (як показали пізніше інші дослідники) виміря­ти тиск світла.

Тиск світла не завжди-малий: у надрах зірок, де внаслідок ядерних реакцій виділяється величезна енергія, тиск випромінення також вели­чезний.

Квантовими властивостями світла можна пояснити закономірності хімічної дії світла, коли в речовинах, що поглинають світло, відбувають­ся хімічні перетворення — фотохімічні реакції. Хімічна дія світла дуже важлива для життя на Землі, оскільки вона складає основу фотосинтезу в зелених частинах рослин, без неї був би неможливий існуючий «механізм» зору людини й тварин. У техніці та у побуті найбільш відома хімічна дія світла — розклад бромистого срібла у світлочутливих матеріалах (фото- та кіноплівка, фотопапір, фотопластинки).

У кожній фотохімічній реакції спочатку відбувається поглинання кванта світла. Потім це спричиняє перетворення в молекулі, що може бути причиною вже суто хімічних реакцій у речовині. Енергія фотона має бути достатньою для розриву існуючих зв'язків у молекулі. Тому для кожної фотохімічної реакції існує «червона» межа, тобто максимальна довжина хвилі світла, при якій світло ще є хімічно активним.

Висновок. Світло має двоїсту природу, тобто має не тільки хвильові. а й квантові властивості.

Білет№ 6

6.1. Перший закон динаміки Ньютона. Інерціальні системи відлі­ку. Принцип відносності у класичній механіці.

Перший закон Ньютона — існують такі системи відліку, по підношен­ню до яких тіло, що рухається поступально, не має прискорення, якщо на нього не діють інші тіла (або якщо дії на нього інших тіл ('.компенсовані). Такі системи називаються інерціаяьними (ІСВ).

Принцип відносності у класичній механіці (принцип Галілея):

а) ніякими механічними дослідами всередині інерціальноїсистеми від­ліку (ІСВ) не можна визначити, чи перебуває вона у спокої, чи рухається з v = const;

б) перехід від однієї ІСВ до іншої не впливає па жодний механіч­ний процес (математичний опис будь-якого закону механіки однаковий в усіх ІСВ).

Отже, всі ІСВ рівноправні.

Систему відліку, пов'язану з Землею, можна вважати інсрціальною лише наближено (це пов'язано головним чином з добовим обертанням Землі і її обертанням навколо Сонця). Взагалі ж неможливо вибрати таке тіло відліку, щоб пов'язана з ним система відліку була в точності інерціальною, адже у Всесвіті немає тіла, на рух якого не впливали б інші тіла. Проте якщо є одна система відліку, яку можна вважати інерціальною, то таких систем відліку можна вказати безліч: досить розглянути ті, що рухаються відносно першої прямолінійно рівномірно.

Розглянемо, наприклад, систему відліку, пов'язану із судном. Якщо воно рухається відносно Землі прямолінійно рівномірно, то людина, яка перебуває в трюмі, зовсім не помічає цього руху. Усі механічні явища від­буваються так само, як і для нерухомого відносно Землі судна.

Якщо ж судно збільшує швидкість руху, то людина, в принципі, може визначити, що падаючі тіла відхиляються від вертикалі у бік корми судна. Якщо ж падаючі тіла відхиляються до правого або лівого борту, це свідчить про зміну напряму руху судна. В усіх цих випадках судно рухається з приско­ренням відносно Землі, і пов'язана з ним система відліку неінерціальна.

Висновок. Найбільш загальне формулювання першого закону Ньюто­на (закону інерції) пов'язане з поняттям інерціальної системи відліку (ІСВ). Класичний принцип відносності теж пов'язаний з поняттям ІСВ і стосується лише механічних процесів.