壹束光射到墻上會不會產生力
光壓是射在物體上的光所產生的壓力。如陽光照在身體上,不僅會感覺發暖,亦有壓力,只是因為感覺器官的限制而感覺不到。光壓的發現源於俄國和美國。19 世紀,英國物理學家麥克斯韋創立了電磁理論,指出光的本質是電磁波。麥克斯韋還預言:光射到物質表面時,將對這壹表面施加壓力。
為了證實光壓的存在,不少物理學工作者都撲到這項科學研究上來。1901年,俄國物理學家彼得·尼古拉耶維奇·列別捷夫設計了壹個實驗,首次發現光壓,並且測量了數據。與此同時,美國物理學家尼科爾斯和哈爾也分別用精密實驗測定了光的壓力。
彗星的尾巴背著太陽就是太陽的光壓造成的。
由於光具有粒子性,所以在達到物體上時,根據動量定理,會對此物體產生壹定的壓力。大量光子長時間作用就會形成壹個穩定的壓力。請看圖中更精確的解釋。
光壓
light pressure
光照到物體表面時施予表面的壓力。J.開普勒在解釋彗尾的形成時就已提出了光壓概念。J.C.麥克斯韋根據電磁理論解釋了光壓現象,並算出了光壓的值。當平行光垂直照射物體時,單位面積所受光壓為P=I(1+R)/c,式中I為單位時間垂直入射到單位面積的光能量 ,R 為表面的能量反射率,c為真空中的光速 。光子概念提出後 , 也可用光的粒子性來解釋光壓現象 。光子具有動量hv/c , 入射到表面後或被吸收或被反射,入射前光子的總動量與入射後的總動量之差等於表面所受沖量,這樣算出的光壓公式與麥克斯韋的公式壹致。對光壓的首次實驗測量是由俄國物理學家P.N.列別捷夫於1899年完成的。
當彗星靠近太陽時,彗星中的塵埃和氣體分子由於受到太陽輻射的光壓作用而產生了彗尾,彗尾永遠指向太陽的反方向。維持恒星穩定的因素除萬有引力和內部壓力外,內部輻射所產生的光壓也是不可忽略的因素。
典型的太陽光對地球所形成的光壓為4.5*10^(-6)N/m^2
壹、測量光壓的實驗列別捷夫所用儀器的主要部分是壹用細線懸掛起來的極輕的懸體R,其上固定有小翼a及b,如圖1示,其中壹個塗黑,另壹個是光亮的。將懸體R置於如圖2所示的真空容器G內。借助透鏡及平面鏡系統將由弧光燈B發出的光線射向小翼中的壹個。由於作用在小翼上的光壓力,使懸體R轉動。轉動的大小,可借助望遠鏡及固定在軸線上的小鏡觀察到。移動雙鏡能使光射在塗黑的小翼上。比較兩種情況下懸體轉動的大小,列別捷夫測得,塗黑表面所受的光壓力比反射表面所受的光壓力小壹半,與理論完全符合。
借助薄片P1使光流的壹部分射到溫差電池T上可以度量入射光能量的大小,因而可以對理論作出定量的驗證。
[編輯本段]二、光壓的量子理論解釋
按照光子說的觀點,光壓是光子把它的動量傳給物體的結果。設頻率為υ的單色光,每秒垂直入射到物體表面每平方米上的能量為E,則每秒垂直入射到物體表面每平方米上的光子數為N=E/(hυ)。因為每壹個光子具有動量p= hυ/c,當光子被物體所吸收時,每個光子傳給物體的動量為p= hυ/c,如果入射光子全部被物體所吸收,則物體表面每平方米在每秒內所獲得的動量應等於N·p=E/c。物體表面每平方米在每秒內所獲得的動量,即光作用在這個面上的光壓為E/c。當光子被物體所反射時,光子的動量從+hυ/c變到-hυ/c,則每個光子傳給物體的動量為2p=2 hυ/c。如果入射光子全部被物體所反射,則作用在物體表面上的光壓力為N·2p=2E/c。
在壹般情況下,當物體表面的反射系數為ρ時,則在每秒內入射的全部N個光子中,有(1-ρ)N個被吸收而ρN個被反射,所以作用於物體表面上的光壓為