Давление света

Световые волны обладают механическим импульсом, а, значит, способны воздействовать на тела, отражающие и поглощающие их. Эта сила очень мала. Например, солнечный свет воздействует на Землю с силой 610⁸ Н, что в 10¹³ раз меньше силы гравитационного притяжения Солнца и Земли.

Экспериментальное подтверждение давления света сделал русский физик Лебедев.

К рутильные весы на кварцевой нити помещались в хорошо откачанный баллон. Один кружок был почернен, другой – блестящий. Свет от мощной дуговой лампы концентрировался с помощью линз и зеркал на одном из кружков и вызывал закручивание подвеса, которое наблюдалось с помощью зрительной трубы Т и легкого зеркальца З.

По углу закручивания, зная интенсивность света и модуль кручения нити, можно вычислить величину светового давления. Световое давление на отражающий кружок вдвое больше, чем на поглощающий круглый лепесток (черный).

В квантовой теории световое давление интерпретируется как результат передачи импульса фотонов.

Из курса механики мы знаем, что давление Р определяется как сила F, действующая на единицу площади поверхности S перпендикулярно этой поверхности.

.

Каждый фотон обладает импульсом .

Пусть n – поток фотонов в световом пучке [фотон/с], а световой пучок падает на поверхность перпендикулярно к ней.

Поглощающей стенке фотон передает импульс , отражающей – .

Таким образом, давление на абсолютно поглощающую поверхность, которое есть импульс, сообщаемый за 1 с одному квадратному метру этой поверхности, равно .

В общем случае, когда коэффициент отражения равен R, получаем:

. (24.5)

Поток энергии в волне [Дж/с = Вт].

Плотность потока энергии фотонов .

Тогда форму для давления света (24.5) запишется так

. (25.5)

Рассмотрим случай, когда свет падает на поверхность под углом φ к нормали к поверхности. Тогда нормальная составляющая импульса фотона равна , а поток фотонов через поверхность площади S равен . Окончательно получим

. (25.6)