Тиск світла

Нехай на метал повністю падає норм.ел.-магн. хвиля (світло). З боку електр. складової на електрони буде діяти сила Fелектр. Електрони рухаються з певною V і створюють струм. На струм з боку магн.поля діє сила Ампера, напрямок якої визн-ся за доп. прав. «лівої руки». Ця сила Ампера і створює тиск на поверхню. Це ж явище можна пояснити і на сонові корп. уявлень. При відбиванні від поверхні змінюється імпульс фотонів, тоді на фотони діє сила: . І така ж сама за модулем і протилежна за напрямком сила, згідно з зак.Ньютона, буде діяти з боку фотонів на пов., і вона створює тиск. Рорахунки показують, що тиск на поверхню, може бути визн-им за ф-лою: . α – кут між падаючим променем та нормаллю до поверхні

Тиск світла дуже малий. . Тому його дуже важко виявити.

Уперше тиск світла виміряв російський фізик П. М. Лебедєв (1866 - 1912) 1900 року. У його дослідах однакові світлові потоки спрямовували на легкі металеві крильця, прикріплені до легкого стрижня, підвішеного на тонкій скляній нитці в посудині з високим вакуумом (рис. 344). Один бік крилець зачорнювали, а другий полірували. Світло почергово направляли то на поліроване, то на зачорнене крильце, де воно відбивалося або поглиналося. Тиск світла вимірювали за різницею кутів закручування нитки під час попадання на зачорнену та дзеркальну поверхню. П. М. Лебедєв виміряв також тиск світла на гази. Досліди Лебедєва експериментально підтвердили наявність імпульсу фотонів. Зміна імпульсу фотона (відповідно і тиск світла) при відбиванні від дзеркальної поверхні максимальна і в 2 рази більша за мінімально можливу зміну імпульсу при відбиванні від чорної поверхні.

Експериментально існування світлового тиску вперше встановив 1900 р. російський фізик П. М. Лебедев (1866—1912). Досліди П. М. Лебедева повністю підтвердили формулу (10.18). Для вимірювання світлового тиску він спрямував інтенсивний світловий потік на легкі металеві пластинки, підвішені на тонкій нитці в балоні, з якого було викачано повітря. Пластинки лівого ряду підвісу були чорними, а пластинки правого — блискучими. Тому тиск світла на пластинки лівого ряду р = Е/с був меншим, ніж на пластинки правого ряду, де р= Е/с (1 + ρ). Унаслідок цього під впливом падаючого світла підвіс повертався на певний кут, за значенням якого можна було визначити силу закручування і, отже, світловий тиск. На рис. 10.4 зображено рухому частину приладу Лебедева. Для здійснення експерименту треба було врахувати та максимально послабити побічні ефекти. До таких ефектів насамперед належить радіометричний ефект і конвекційні потоки. Радіометричний ефект зумовлений рухом молекул. При освітленні пластинки нагріватимуться неоднаково. З того боку, де на пластинку падатиме світло, вона нагріватиметься більше, ніж з протилежного. Тому молекули, вдаряючись об освітлену поверхню, відскакуватимуть від неї з більшою енергією і надаватимуть їй більшого імпульсу, ніж молекули, що падають на протилежний, неосвітлений бік пластинки. Тому тиск буде більший з того боку, де пластинка тепліша, оскільки там і газ нагрітий сильніше (з освітленого боку). Цей ефект пропорційний товщині пластинки і для товстих пластинок значно більший за світловий тиск. П. М. Лебедев, застосовуючи пластинки різної товщини, виключив радіометричний ефект і дістав надійні результати.

Для зменшення радіометричного ефекту та уникнення конвекційних потоків П. М. Лебедев максимально зменшував густину газу в балоні, в якому містилася рухома частина приладу. П. М. Лебедеву вдалося досягти високого вакууму в балоні, що на той час було дуже складно. У 1908 р. він здійснив ще більш точні досліди і встановив та виміряв світловий тиск на гази. Ці досліди підтвердили справедливість гіпотези Ф. О. Бредихіна про утворення кометних хвостів унаслідок світлового тиску на частинки, що їх утворюють. Ці сили відштовхування зумовлені тиском на частинки з боку сонячних променів.

В цих дослідах встановлено наявність механічного імпульсу світла, що є істотним для розв’язання питання про інертну масу світла та більш загальної проблеми пропорційності маси і енергії.

Результати дослідів П. М. Лебедева спростували думку, яка панувала в XIX ст., про те, що світлу не властива маса, а це породжувало твердження про нематеріальність світла. Відкриття світлового тиску доводило, що світловий потік має не тільки енергію, а й масу і, отже, становить нерозривну єдність матерії і руху. П. М. Лебедев уперше експериментально встановив тиск світла і показав, що він незначний. Нині за допомогою оптичних квантових генераторів можна дістати практично досить великі світлові тиски. Наприклад, вихідна потужність квантового генератора на рожевому рубіні за час короткого спалаху досягає 10 000 Вт у пучку з поперечним перерізом, меншим ніж 1 см². Хоча спалах випромінювання і короткий, його потужність у тисячу разів більша за ту, яку можна дістати фокусуванням сонячного світла. Теоретичне пояснення досліду П. М. Лебедева з визначення тиску світла можна дістати також, виходячи з корпускулярних уявлень про природу світла.