Sot do t'i kushtojmë një bisedë një fenomeni të tillë si presioni i lehtë. Merrni parasysh premisat e zbulimit dhe pasojat për shkencën.
Drita dhe ngjyra
Misteri i aftësive njerëzore i ka shqetësuar njerëzit që nga kohërat e lashta. Si sheh syri? Pse ekzistojnë ngjyrat? Cila është arsyeja që bota është ashtu siç e perceptojmë ne? Sa larg mund të shohë një person? Eksperimentet me zbërthimin e një rreze diellore në një spektër u kryen nga Njutoni në shekullin e 17-të. Ai gjithashtu hodhi një bazë të rreptë matematikore për një numër faktesh të ndryshme që në atë kohë njiheshin për dritën. Dhe teoria e Njutonit parashikoi shumë: për shembull, zbulime që shpjegoi vetëm fizika kuantike (devijimi i dritës në një fushë gravitacionale). Por fizika e asaj kohe nuk e dinte dhe nuk e kuptonte natyrën e saktë të dritës.
Valë ose grimcë
Që kur shkencëtarët në mbarë botën filluan të depërtojnë në thelbin e dritës, ka pasur një debat: çfarë është rrezatimi, një valë apo një grimcë (korpuskulë)? Disa fakte (përthyerja, reflektimi dhe polarizimi) konfirmuan teorinë e parë. Të tjerët (përhapja drejtvizore në mungesë të pengesave, presioni i lehtë) - e dyta. Megjithatë, vetëm fizika kuantike ishte në gjendje ta qetësonte këtë mosmarrëveshje duke i kombinuar të dy versionet në një.të përgjithshme. Teoria e valëve korpuskulare thotë se çdo mikrogrimcë, duke përfshirë një foton, ka edhe vetitë e një valë dhe një grimce. Kjo do të thotë, një kuant drite ka karakteristika të tilla si frekuenca, amplituda dhe gjatësia e valës, si dhe momenti dhe masa. Le të bëjmë një rezervë menjëherë: fotonet nuk kanë masë pushimi. Duke qenë një kuant i fushës elektromagnetike, ato bartin energji dhe masë vetëm në procesin e lëvizjes. Ky është thelbi i konceptit të "dritës". Fizika tani e ka shpjeguar atë në detaje të mjaftueshme.
Gjatesia valore dhe energjia
Pak më lart u përmend koncepti i "energjisë së valës". Ajnshtajni vërtetoi bindshëm se energjia dhe masa janë koncepte identike. Nëse një foton mbart energji, ai duhet të ketë masë. Sidoqoftë, një kuantë drite është një grimcë "dinake": kur një foton përplaset me një pengesë, ai i jep plotësisht energjinë e tij materies, bëhet ajo dhe humbet thelbin e tij individual. Në të njëjtën kohë, rrethana të caktuara (ngrohje e fortë, për shembull) mund të bëjnë që brendësia e mëparshme e errët dhe e qetë e metaleve dhe gazeve të lëshojë dritë. Momenti i një fotoni, një pasojë e drejtpërdrejtë e pranisë së masës, mund të përcaktohet duke përdorur presionin e dritës. Eksperimentet e Lebedev, një studiues nga Rusia, vërtetuan bindshëm këtë fakt të mahnitshëm.
Eksperimenti i Lebedev
Shkencëtari rus Petr Nikolaevich Lebedev në 1899 bëri eksperimentin e mëposhtëm. Në një fije të hollë argjendi ai vari një traversë. Në skajet e shiritit, shkencëtari bashkoi dy pllaka të së njëjtës substancë. Këto ishin fletë metalike prej argjendi, ari, madje edhe mikë. Kështu u krijuan një lloj peshoreje. Vetëm ata matën peshën jo të ngarkesës që shtyp nga lart, por të ngarkesës që shtyp nga ana në secilën prej pllakave. Lebedev e vendosi të gjithë këtë strukturë nën një mbulesë xhami në mënyrë që era dhe luhatjet e rastësishme në densitetin e ajrit të mos mund të ndikonin në të. Më tej, dua të shkruaj se ai krijoi një vakum nën kapak. Por në atë kohë, edhe një vakum mesatar ishte i pamundur të arrihej. Pra themi se ai krijoi një atmosferë shumë të rrallë nën mbulesën e xhamit. Dhe në mënyrë alternative ndriçoi njërën pjatë, duke e lënë tjetrën në hije. Sasia e dritës së drejtuar në sipërfaqe ishte e paracaktuar. Nga këndi i devijimit, Lebedev përcaktoi se çfarë momenti e transmetonte dritën në pllaka.
Formulat për përcaktimin e presionit të rrezatimit elektromagnetik në incidencë normale të rrezes
Le të shpjegojmë fillimisht se çfarë është një "rënie normale"? Drita bie normalisht në një sipërfaqe nëse drejtohet rreptësisht pingul me sipërfaqen. Kjo vendos kufizime për problemin: sipërfaqja duhet të jetë krejtësisht e lëmuar dhe rrezja e rrezatimit duhet të drejtohet me shumë saktësi. Në këtë rast, presioni i dritës llogaritet me formulën:
p=(1-k+ρ)I/c, ku
k është transmetimi, ρ është koeficienti i reflektimit, I është intensiteti i rrezes së dritës rënëse, c është shpejtësia e dritës në vakum.
Por, me siguri, lexuesi tashmë e ka marrë me mend se një kombinim kaq ideal i faktorëve nuk ekziston. Edhe nëse sipërfaqja ideale nuk merret parasysh, është mjaft e vështirë të organizohet incidenca e dritës në mënyrë strikte pingule.
Formulat përpërcaktimi i presionit të rrezatimit elektromagnetik kur ai bie në një kënd
Presioni i dritës në një sipërfaqe pasqyre në një kënd llogaritet duke përdorur një formulë të ndryshme që tashmë përmban elementë të vektorëve:
p=ω ((1-k)i+ρi')cos ϴ
Vlerat p, i, i' janë vektorë. Në këtë rast, k dhe ρ, si në formulën e mëparshme, janë përkatësisht koeficientët e transmetimit dhe reflektimit. Vlerat e reja nënkuptojnë sa vijon:
- ω - dendësia vëllimore e energjisë së rrezatimit;
- i dhe i' janë vektorë njësi që tregojnë drejtimin e rënies dhe rrezen e reflektuar të dritës (ata vendosin drejtimet në të cilat duhet të shtohen forcat vepruese);
- ϴ - këndi me normalen në të cilën rrezja e dritës bie (dhe, në përputhje me rrethanat, reflektohet, pasi sipërfaqja është e pasqyruar).
Kujtojini lexuesit se normalja është pingul me sipërfaqen, kështu që nëse problemit i jepet këndi i rënies së dritës me sipërfaqen, atëherë ϴ është 90 gradë minus vlerën e dhënë.
Zbatimi i fenomenit të presionit të rrezatimit elektromagnetik
Një student që studion fizikën i konsideron shumë formula, koncepte dhe fenomene të mërzitshme. Sepse, si rregull, mësuesi tregon aspektet teorike, por rrallë mund të japë shembuj të përfitimeve të fenomeneve të caktuara. Le të mos fajësojmë mentorët e shkollës për këtë: ata janë shumë të kufizuar nga programi, gjatë mësimit duhet të tregosh material të gjerë dhe të kesh ende kohë për të kontrolluar njohuritë e nxënësve.
Megjithatë, objekti i studimit tonë ka shumëaplikacione interesante:
- Tani pothuajse çdo student në laboratorin e institucionit të tij arsimor mund të përsërisë eksperimentin e Lebedev. Por atëherë koincidenca e të dhënave eksperimentale me llogaritjet teorike ishte një zbulim i vërtetë. Eksperimenti, i bërë për herë të parë me një gabim prej 20%, i lejoi shkencëtarët në mbarë botën të zhvillonin një degë të re të fizikës - optikën kuantike.
- Prodhimi i protoneve me energji të lartë (për shembull, për rrezatim të substancave të ndryshme) duke përshpejtuar filmat e hollë me një impuls lazer.
- Duke marrë parasysh presionin e rrezatimit elektromagnetik të Diellit në sipërfaqen e objekteve afër Tokës, duke përfshirë satelitët dhe stacionet hapësinore, ju lejon të korrigjoni orbitën e tyre me saktësi më të madhe dhe parandaloni që këto pajisje të bien në Tokë.
Aplikacionet e mësipërme ekzistojnë tani në botën reale. Por ka edhe mundësi potenciale që ende nuk janë realizuar, sepse teknologjia e njerëzimit nuk ka arritur ende nivelin e kërkuar. Midis tyre:
- Vela diellore. Me ndihmën e tij, do të ishte e mundur të lëvizeshin ngarkesa mjaft të mëdha në hapësirën afër Tokës dhe madje edhe afër diellit. Drita jep një impuls të vogël, por me pozicionin e duhur të sipërfaqes së velit, nxitimi do të ishte konstant. Në mungesë të fërkimit, mjafton të fitoni shpejtësi dhe të dërgoni mallrat në pikën e dëshiruar në sistemin diellor.
- Motor fotonik. Kjo teknologji, ndoshta, do t'i lejojë një personi të kapërcejë tërheqjen e yllit të tij dhe të fluturojë në botë të tjera. Dallimi nga një vela diellore është se një pajisje e krijuar artificialisht, për shembull, një termonukleare, do të gjenerojë impulse diellore.motor.
