Bugun biz suhbatni yorug'lik bosimi kabi hodisaga bag'ishlaymiz. Ushbu kashfiyot asoslari va fan uchun oqibatlarini ko'rib chiqing.
Nur va rang
Inson qobiliyatlari siri qadim zamonlardan beri odamlarni tashvishga solib keladi. Ko'z qanday ko'radi? Nima uchun ranglar mavjud? Dunyo biz uni qanday idrok qilsak, nima sababdan? Odam qancha masofani ko'ra oladi? Quyosh nurlarining spektrga parchalanishi bo'yicha tajribalar 17-asrda Nyuton tomonidan amalga oshirildi. U, shuningdek, o'sha paytda yorug'lik haqida ma'lum bo'lgan bir qator turli xil faktlar uchun qat'iy matematik asoslarni yaratdi. Va Nyuton nazariyasi ko'p narsalarni bashorat qilgan: masalan, faqat kvant fizikasi tushuntirgan kashfiyotlar (gravitatsiyaviy maydonda yorug'likning burilishi). Ammo o'sha davr fizikasi yorug'likning aniq tabiatini bilmagan va tushunmagan.
To'lqin yoki zarracha
Dunyo olimlari yorugʻlikning mohiyatiga kira boshlaganidan beri, munozaralar boʻlib oʻtdi: radiatsiya, toʻlqin yoki zarracha (korpuskula) nima? Ayrim faktlar (sinishi, aks ettirish va qutblanish) birinchi nazariyani tasdiqladi. Boshqalar (to'siqlar bo'lmaganda to'g'ri chiziqli tarqalish, yorug'lik bosimi) - ikkinchi. Biroq, faqat kvant fizikasi ikkita versiyani birlashtirib, bu bahsni tinchlantirishga muvaffaq bo'ldi.umumiy. Korpuskulyar-toʻlqin nazariyasi har qanday mikrozarracha, jumladan, foton ham toʻlqin, ham zarra xossalariga ega ekanligini taʼkidlaydi. Ya'ni, yorug'lik kvanti chastota, amplituda va to'lqin uzunligi, shuningdek impuls va massa kabi xususiyatlarga ega. Darhol rezervatsiya qilaylik: fotonlarda dam olish massasi yo'q. Elektromagnit maydonning kvanti bo'lib, ular energiya va massani faqat harakat jarayonida olib yuradilar. Bu “nur” tushunchasining mohiyatidir. Fizika buni yetarlicha batafsil tushuntirdi.
To'lqin uzunligi va energiya
Biroz yuqorida "to'lqin energiyasi" tushunchasi eslatib o'tilgan. Eynshteyn energiya va massa bir xil tushunchalar ekanligini ishonchli isbotladi. Agar foton energiya olib yursa, u massaga ega bo'lishi kerak. Biroq, yorug'lik kvanti "ayyor" zarrachadir: foton to'siq bilan to'qnashganda, u o'z energiyasini materiyaga butunlay beradi, unga aylanadi va o'zining individual mohiyatini yo'qotadi. Shu bilan birga, ma'lum holatlar (masalan, kuchli isitish) metallar va gazlarning ilgari qorong'i va sokin ichki qismlari yorug'lik chiqishiga olib kelishi mumkin. Fotonning impulsi, massa mavjudligining bevosita natijasi, yorug'lik bosimi yordamida aniqlanishi mumkin. Rossiyalik tadqiqotchi Lebedevning tajribalari bu ajoyib haqiqatni ishonchli isbotladi.
Lebedev tajribasi
Rus olimi Petr Nikolaevich Lebedev 1899 yilda quyidagi tajribani o'tkazdi. Yupqa kumush ipga to'sinni osib qo'ydi. Olim ustunning uchlariga bir xil moddaning ikkita plitasini biriktirdi. Bular kumush folga, oltin va hatto slyuda edi. Shunday qilib, bir xil tarozi yaratildi. Faqat ular yuqoridan bosiladigan yukning og'irligini emas, balki har bir plastinkada yon tomondan bosiladigan yukni o'lchadilar. Lebedev bu butun tuzilmani shamol va havo zichligidagi tasodifiy tebranishlar unga ta'sir qilmasligi uchun shisha qopqog'i ostiga qo'ydi. Bundan tashqari, u qopqoq ostida vakuum yaratganligini yozmoqchiman. Ammo o'sha paytda hatto o'rtacha vakuumga erishish mumkin emas edi. Shunday qilib, biz u shisha qopqog'i ostida juda kam uchraydigan atmosferani yaratganini aytamiz. Va navbat bilan bir plitani yoritib, ikkinchisini soyada qoldirdi. Sirtlarga yo'n altirilgan yorug'lik miqdori oldindan belgilangan. Burilish burchagidan Lebedev yorug'likni plitalarga qanday impuls o'tkazishini aniqladi.
Oddiy nurlanishdagi elektromagnit nurlanish bosimini aniqlash formulalari
Avval "oddiy tushish" nima ekanligini tushuntirib beraylikmi? Agar yorug'lik sirtga qat'iy perpendikulyar yo'n altirilgan bo'lsa, odatda sirtga tushadi. Bu muammoga cheklovlar qo'yadi: sirt mukammal silliq bo'lishi kerak va radiatsiya nurlari juda aniq yo'n altirilishi kerak. Bunday holda yorug'lik bosimi quyidagi formula bo'yicha hisoblanadi:
p=(1-k+r)I/c, qaerda
k - o'tkazuvchanlik, r - aks ettirish koeffitsienti, I - tushayotgan yorug'lik nurining intensivligi, c - yorug'likning vakuumdagi tezligi.
Ammo, ehtimol, o'quvchi omillarning bunday ideal kombinatsiyasi mavjud emasligini allaqachon taxmin qilgan. Ideal sirt hisobga olinmasa ham, yorug'lik tushishini qat'iy perpendikulyar ravishda tashkil qilish juda qiyin.
Formulalarburchak ostida tushganda elektromagnit nurlanish bosimini aniqlash
Yorug'likning ko'zgu yuzasiga burchak ostidagi bosimi vektor elementlarini o'z ichiga olgan boshqa formula yordamida hisoblanadi:
p=ō ((1-k)i+ri’)cos s
p, i, i' qiymatlari vektorlardir. Bunday holda, k va r, avvalgi formulada bo'lgani kabi, mos ravishda uzatish va aks ettirish koeffitsientlari hisoblanadi. Yangi qiymatlar quyidagilarni bildiradi:
- ʼn – radiatsiya energiyasining hajm zichligi;
- i va i’ - hodisa yoʻnalishini va aks ettirilgan yorugʻlik nurini koʻrsatuvchi birlik vektorlar (ular taʼsir etuvchi kuchlar qoʻshilishi kerak boʻlgan yoʻnalishlarni belgilaydi);
- s - yorug'lik nuri tushadigan normaga burchak (va shunga mos ravishda aks ettiriladi, chunki sirt aks ettirilgan).
Oʻquvchiga normaning sirtga perpendikulyar ekanligini eslatib oʻting, shuning uchun muammoga yorugʻlikning sirtga tushish burchagi berilgan boʻlsa, u holda s 90 daraja minus berilgan qiymatga teng boʻladi.
Elektromagnit nurlanish bosimi hodisasini qoʻllash
Fizikani o'rganuvchi talaba ko'plab formulalar, tushunchalar va hodisalarni zerikarli deb biladi. Chunki, qoidaga ko‘ra, o‘qituvchi nazariy jihatlarini aytadi, lekin kamdan-kam hollarda ayrim hodisalarning foydasiga misollar keltira oladi. Bunda maktab murabbiylarini ayblamaylik: ular dastur bilan juda cheklangan, dars davomida siz keng qamrovli materiallarni aytib berishingiz kerak va hali o'quvchilar bilimini tekshirishga vaqtingiz bor.
Biroq, bizning tadqiqot ob'ektimiz juda ko'pqiziqarli ilovalar:
- Endi deyarli har bir talaba o'z ta'lim muassasasi laboratoriyasida Lebedev tajribasini takrorlashi mumkin. Ammo keyinchalik eksperimental ma'lumotlarning nazariy hisob-kitoblar bilan mos kelishi haqiqiy yutuq bo'ldi. Birinchi marta 20% xatolik bilan oʻtkazilgan tajriba butun dunyo olimlariga fizikaning yangi boʻlimi – kvant optikasini yaratish imkonini berdi.
- Lazer pulsi bilan yupqa plyonkalarni tezlashtirish orqali yuqori energiyali protonlarni ishlab chiqarish (masalan, turli moddalarni nurlantirish uchun).
- Yerga yaqin ob'ektlar, shu jumladan sun'iy yo'ldoshlar va kosmik stansiyalar yuzasida Quyoshning elektromagnit nurlanishining bosimini hisobga olish ularning orbitasini yanada aniqroq tuzatish imkonini beradi va bu qurilmalarning Yerga tushishining oldini oladi.
Yuqoridagi ilovalar hozir real dunyoda mavjud. Lekin hali amalga oshirilmagan potentsial imkoniyatlar ham mavjud, chunki insoniyat texnologiyasi hali kerakli darajaga yetmagan. Ular orasida:
- Quyosh yelkani. Uning yordami bilan Yerga va hatto quyoshga yaqin bo'shliqlarda juda katta yuklarni ko'chirish mumkin bo'ladi. Yorug'lik kichik impuls beradi, lekin yelkan yuzasining to'g'ri joylashishi bilan tezlashuv doimiy bo'ladi. Ishqalanish bo'lmasa, tezlikni oshirish va tovarlarni quyosh tizimidagi kerakli nuqtaga etkazish kifoya.
- Fotonik dvigatel. Bu texnologiya, ehtimol, odamga o'z yulduzining jozibasini engib, boshqa olamlarga uchib ketishiga imkon beradi. Quyosh yelkanidan farqi shundaki, sun'iy ravishda yaratilgan qurilma, masalan, termoyadro, quyosh impulslarini hosil qiladi.dvigatel.
