Теория:
Давление света можно объяснить с помощью электромагнитной теории Максвелла. Свет — это электромагнитная волна. Электрическое поле разгоняет электроны вещества. Из-за присутствия магнитного поля на движущиеся электроны действует сила Лоренца, которая направлена внутрь вещества.
В \(1873\) году с помощью своей теории Максвелл доказал, что давление света вычисляется по формуле:
\(P=\frac{2W}{c}\). (\(1\))
Давление света можно объяснить и с точки зрения квантовой теории, то есть рассматривая свет как поток частиц с энергией \(E=h\nu\) и импульсом \(p=h\nu/c\). Если энергетическая освещённость поверхности \(W\), то можно определить число фотонов, падающих на поверхность площадью \(S\) за время \(\Delta t\):
\(\boxed{n=\frac{W}{S\Delta t h\nu}}\). (\(2\))
Коэффициент отражения \(R\) показывает отношение количества отражённых фотонов к количеству падающих, поэтому в среднем фотон передаёт импульс:
\(\Delta p=p-R(-p)=(1+R)p=(1+R)\frac{h}{c}.\) (\(3\))
Используя закон изменения импульса, можно записать, что:
\(F=n \frac{\Delta p}{\Delta t}\). (\(4\))
Если поверхность чёрная (\(R=0\)), то давление света выразится как:
\(\boxed{P_{черн}=\frac{W}{S\Delta t h\nu} \cdot \frac{h}{c \Delta t}=\frac{W}{c}}\). (\(5\))
Зеркало можно представить как поверхность с коэффициентом отражения \(R=1\). В этом случае давление света определяется как:
\(\boxed{P_{зерк}=\frac{W}{S\Delta t h\nu} \cdot \frac{2 h}{c \Delta t}=\frac{W}{c} =\frac{2W}{c}}\). (\(6\))
Формула для подсчёта давления света в теории Максвелла (\(1\)) является частным случаем формулы (\(6\)) корпускулярной (квантовой) теории. Результаты, предсказанные формулами (\(5\)) и (\(6\)), с высокой точностью (погрешность \(2\) \(\%\)) подтверждаются экспериментальными данными.
В \(1873\) году с помощью своей теории Максвелл доказал, что давление света вычисляется по формуле:
\(P=\frac{2W}{c}\). (\(1\))
Давление света можно объяснить и с точки зрения квантовой теории, то есть рассматривая свет как поток частиц с энергией \(E=h\nu\) и импульсом \(p=h\nu/c\). Если энергетическая освещённость поверхности \(W\), то можно определить число фотонов, падающих на поверхность площадью \(S\) за время \(\Delta t\):
\(\boxed{n=\frac{W}{S\Delta t h\nu}}\). (\(2\))
Коэффициент отражения \(R\) показывает отношение количества отражённых фотонов к количеству падающих, поэтому в среднем фотон передаёт импульс:
\(\Delta p=p-R(-p)=(1+R)p=(1+R)\frac{h}{c}.\) (\(3\))
Используя закон изменения импульса, можно записать, что:
\(F=n \frac{\Delta p}{\Delta t}\). (\(4\))
Если поверхность чёрная (\(R=0\)), то давление света выразится как:
\(\boxed{P_{черн}=\frac{W}{S\Delta t h\nu} \cdot \frac{h}{c \Delta t}=\frac{W}{c}}\). (\(5\))
Зеркало можно представить как поверхность с коэффициентом отражения \(R=1\). В этом случае давление света определяется как:
\(\boxed{P_{зерк}=\frac{W}{S\Delta t h\nu} \cdot \frac{2 h}{c \Delta t}=\frac{W}{c} =\frac{2W}{c}}\). (\(6\))
Формула для подсчёта давления света в теории Максвелла (\(1\)) является частным случаем формулы (\(6\)) корпускулярной (квантовой) теории. Результаты, предсказанные формулами (\(5\)) и (\(6\)), с высокой точностью (погрешность \(2\) \(\%\)) подтверждаются экспериментальными данными.