Тиск світла, Досліди П. Н. Лебедєва
1.8. Тиск світла. Досліди П. Н. Лебедева
Тиском світла називається тиск, який чинять електромагнітні світлові хвилі, які падають на поверхню будь-якого тіла. Існування тиску було передбачене Дж. Максвелом в його електромагнітній теорії світла.
Якщо, наприклад, електромагнітна хвиля падає на метал, то під дією електричного поля з напруженістю Е електрони поверхневого шару металу рухатимуться в напрямі, протилежному вектору , із швидкістю
. Магнітне поле хвилі з індукцією В діє на рухомі електрони з силою Лоренца
в напрямі, перпендикулярному поверхності металу (за правилом лівої руки).
З електромагнітної теорії Максвел отримав формулу для світлового тиску. З її допомогою він розрахував тиск сонячного світла в яскравий полудень на абсолютно чорне тіло, розташоване перпендикулярно сонячним променям. Цей тиск виявився рівним 4,6 мкПа.
З погляду квантової теорії, тиск є слідством того, що у фотона є імпульс.
де - інтенсивність світла,
- коефіцієнт віддзеркалення світла,
- швидкість світла у вакуумі. Для дзеркальних поверхонь
, при повному поглинанні (для абсолютно чорного тіла)
.
Передбачений Максвелом світловий тиск був експериментально виявлений і виміряний російським фізиком П.Н. Лебедевим. У 1900 р. він виміряв тиск світла на тверді тіла, а в 1907-1910 рр. - тиск світла на гази. рилад, створений Лебедевим для вимірювання тиску світла, був дуже чутливий крутильний динамометр (крутильні ваги). Його рухомою частиною була підвішена на тонкій кварцовій нитці легка рамка з закріпленими на ній крильцями - світлими і чорними дисками завтовшки до 0,01 мм. Крильця робили з металевої фольги. Рамка була підвішена посередині посудини, з якої викачали повітря. Світло, падаючи на крильця, чинило на світлі і чорні диски різний тиск. В результаті на рамку діяв обертовий момент, який закручував нитку підвісу. За кутом закручування нитки визначався тиск світла.