Давление света

давление, производимое светом на отражающие или поглощающие тела. Д. С. Впервые было экспериментально открыто и измерено П. Н. Лебедевым (1899). Величина Д. С. Даже для самых сильных источников света (Солнце, электрическая дуга) ничтожно мала и маскируется в земных условиях побочными явлениями (конвекционными токами, радиометрическими силами, см. Радиометрический эффект), которые могут превышать в тысячи раз величину Д. С. Для обнаружения Д. С. Лебедев изготовил специальные приборы и проделал опыты, представляющие замечательный пример искусства эксперимента. Основной частью прибора Лебедева служили плоские лёгкие крылышки (диаметром 5 мм) из различных металлов (платина, алюминий, никель) и слюды (рис. 1). Крылышки подвешивались на тонкой стеклянной нити и помещались внутри стеклянного сосуда G (рис.

2), из которого выкачивался воздух. На крылышки с помощью специальной оптической системы и зеркал направлялся свет от сильной электрической дуги В. Перемещение зеркал S1, S4 давало возможность изменять направление падения света на крылышки. Устройство прибора и методика измерения позволили свести до минимума мешающие радиометрические силы и обнаружить Д. С. На отражающие или поглощающие крылышки, которые под его воздействием отклонялись и закручивали нить. В 1907—10 Лебедев исследовал Д. С. На газы, что было ещё труднее, так как Д. С. На газы в сотни раз меньше, чем на твёрдые тела. Результаты экспериментов Лебедева и более поздних исследователей полностью согласуются со значением Д. С., определённым на основе электромагнитной теории света (Дж.

К. Максвелл, 1873), что явилось ещё одним важным подтверждением теории электромагнитного поля Фарадея — Максвелла. Согласно электромагнитной теории света, давление, которое оказывает на поверхность тела плоская электромагнитная волна, падающая перпендикулярно к поверхности, равно плотности и электромагнитной энергии (энергии, заключённой в единице объёма) около поверхности. Эта энергия складывается из энергии падающих и энергии отражённых от тела волн. Если мощность электромагнитной волны, падающей на 1 см2 поверхности тела, равна S эрг/см2( сек), коэффициент отражения электромагнигной энергии от поверхности тела равен R, то вблизи поверхности плотность энергии u = S• (1+R)/c (с — скорость света). Этой величине и равно Д.

С. На поверхность тела. Р = S (1 + R)/c (эрг/см3 или дж/м3). Например, мощность солнечного излучения, приходящего на Землю, равна 1,4•106 эрг/(см2(сек) или 1,4•103 вт/м2, следовательно, для абсолютной поглощающей поверхности (когда R = 0) р = 4,3 •10-5lдин/см2 = 4,3•10-6 н/м2. Общее давление солнечного излучения на Землю равно 6•1013 дин (6•108 н), что в 1013 раз меньше силы притяжения Солнца. Изотропное равновесное излучение также оказывает давление на систему (тело), с которой оно находится в термодинамическом равновесии. Р = u/3=1/3•σT4 , где σ — постоянная Стефана — Больцмана, Т — температура излучения. Существование Д. С. Показывает, что поток излучения обладает не только энергией, но и импульсом, а следовательно, и массой.

С точки зрения квантовой теории, Д. С. — результат передачи телам импульса Фотонов (квантов энергии электромагнитного поля) в процессах поглощения или отражения света. Квантовая теория даёт для Д. С. Те же формулы. Особо важную роль Д. С. Играет в двух противоположных по масштабам областях явлений — в явлениях астрономических и явлениях атомарных. В астрофизике Д. С. Наряду с давлением газа обеспечивает стабильность звёзд (См. Звёзды), противодействуя силам гравитационного сжатия (при температуре Давление света 107 градусов в недрах звёзд Д. С. Достигает десятков млн. Атмосфер). Д. С. Существенно для динамики околозвёздного и межзвёздного газа. Действием Д. С. Объясняются некоторые формы кометных хвостов (см. Кометы). Д. С. Вызывает возмущение орбит искусственных спутников Земли (особенно лёгких спутников-баллонов типа «Эхо» с большой отражающей поверхностью).

К атомарным эффектам Д. С. Относится «световая отдача», которую испытывает возбуждённый атом при испускании фотона. К Д. С. Близко явление передачи гамма-квантами части своего импульса электронам, на которых они рассеиваются (см. Комптон-эффект (См. Комптона эффект)), или ядрам атомов кристалла в процессах излучения и поглощения (см. Мёссбауэра эффект). Лит. Lebedew P., Untersuchungen liber die Dnickkräfte des Lichtes, «Annalen der Physik», 1901, fasc. 4, Bd 6, S. 433—458. Лебедев П. Н., Избр. Соч., М. — Л., 1949. Ландсберг Г. С., Оптика, 4 изд., М., 1957. Эльясберг П. Е., Введение в теорию полета искусственных спутников Земли, М., 1965. Рис. 1. Различные системы (I, II, III) крылышек в опыте Лебедева. О — платиновая петля, С — кардановый подвес.

Рис. 2. Схема опыта Лебедева. В — источник света (угольная дуга). С — конденсор. D — металлическая диафрагма. К — линза. W — стеклянный сосуд с водой с плоскопараллельными стенками, играющими роль светофильтра. S1—S6 — зеркала. L1 и L2 — линзы. R — изображение диафрагмы D на крылышках (на рис. Не показаны) внутри стеклянного баллона G. P1 и P2 — стеклянные пластинки. Т — термобатарея. R1 — изображение диафрагмы D на поверхности термобатареи..