Бүгүн биз маекти жарык басымы сыяктуу көрүнүшкө арнайбыз. Ачылыштын негиздерин жана илим үчүн кесепеттерин карап көрүңүз.
Жарык жана түс
Адамдын жөндөмдүүлүктөрүнүн сыры адамдарды эзелтеден бери түйшөлтүп келет. Көз кантип көрөт? Эмне үчүн түстөр бар? Дүйнөнү биз кабыл алганыбыздын себеби эмнеде? Адам канчалык алысты көрө алат? Күн нурун спектрге ажыратуу боюнча эксперименттерди 17-кылымда Ньютон жүргүзгөн. Ал ошондой эле ошол убакта жарык жөнүндө белгилүү болгон бир катар карама-каршы фактылар үчүн катуу математикалык негиз салган. Жана Ньютон теориясы көп нерсени алдын ала айткан: мисалы, бир гана кванттык физика түшүндүргөн ачылыштар (гравитациялык талаада жарыктын кыйшаюусу). Бирок ал кездеги физика жарыктын так табиятын билген эмес жана түшүнгөн эмес.
Толкун же бөлүкчө
Дүйнө жүзүндөгү илимпоздор жарыктын маңызына кире баштагандан бери талаш-тартыш жүрүп жатат: нурлануу, толкун же бөлүкчө (корпускула) деген эмне? Кээ бир фактылар (сынуу, чагылуу жана поляризация) биринчи теорияны тастыктады. Башкалары (тоскоолдуктар, жарык басымы жок түз сызыктуу таралуу) - экинчи. Бирок, эки версияны бириктирип, бул талаш-тартышты бир гана кванттык физика токтото алган.генерал. Корпускулярдык-толкун теориясы ар кандай микробөлүкчө, анын ичинде фотон да толкундун да, бөлүкчөнүн да касиетине ээ экенин айтат. Башкача айтканда, жарыктын кванты жыштык, амплитуда жана толкун узундугу, ошондой эле импульс жана масса сыяктуу мүнөздөмөлөргө ээ. Келгиле, дароо эскертип көрөлү: фотондордун эс массасы жок. Электромагниттик талаанын кванты болуп, алар кыймыл процессинде гана энергияны жана массаны алып жүрүшөт. “Жарык” деген түшүнүктүн маңызы мына ушунда. Физика муну жетиштүү деталдатып түшүндүрдү.
Толкун узундугу жана энергия
Бир аз жогоруда "толкун энергиясы" түшүнүгү айтылган. Эйнштейн энергия менен масса бирдей түшүнүктөр экенин ынанымдуу далилдеген. Эгерде фотон энергия алып жүрсө, анда анын массасы болушу керек. Бирок, жарыктын кванты – бул «куулук» бөлүкчө: фотон тоскоолдук менен кагылышканда, ал өзүнүн энергиясын затка толугу менен берип, ага айланат жана өзүнүн жеке маңызын жоготот. Ошол эле учурда, белгилүү бир жагдайлар (мисалы, күчтүү жылытуу) металлдар менен газдардын мурда караңгы жана тынч ички жарык чыгарууга алып келиши мүмкүн. Фотондун импульсун, массанын болушунун түздөн-түз натыйжасы, жарыктын басымы аркылуу аныкталышы мүмкүн. Орусиялык изилдөөчү Лебедев жасаган эксперименттер бул таң калыштуу чындыкты ынанымдуу далилдеди.
Лебедевдин эксперименти
Орус окумуштуусу Петр Николаевич Лебедев 1899-жылы төмөнкүдөй эксперимент жасаган. Жука күмүш жипке кайчылаш илинген. Окумуштуу кайчылаш тилкенин учтарына бир эле заттын эки пластинасын жабышты. Булар күмүш фольга, алтын, атүгүл слюда болгон. Ошентип, таразалардын бир түрү түзүлгөн. Болгону алар өйдө жактан басуучу жүктүн салмагын эмес, ар бир плитанын капталынан басылган жүктүн салмагын өлчөштү. Лебедев шамалдын жана абанын тыгыздыгынын туш келди өзгөрүшүнө таасир этпеши үчүн бул бүт түзүлүштү айнек капкактын астына койгон. Андан ары капкактын астына вакуум жаратканын жазгым келет. Бирок ал убакта орточо вакуумга жетишүү мүмкүн эмес болчу. Демек, ал айнек жабуунун астында өтө сейрек кездешүүчү атмосфераны жараткан деп айтабыз. Жана кезек-кезеги менен бир плитаны жарыктандырып, экинчисин көлөкөдө калтырды. беттерге багытталган жарыктын көлөмү алдын ала аныкталган. Лебедев ийилген бурчтан жарыкты плиталарга кандай импульс өткөргөнүн аныктаган.
Нурдун нормалдуу түшүүсүндө электромагниттик нурлануунун басымын аныктоо үчүн формулалар
Адегенде "нормалдуу кулаш" деген эмне экенин түшүндүрүп алалы? Жарык бетке катуу перпендикуляр багытталган болсо, нормалдуу түрдө бетке түшөт. Бул маселе боюнча чектөөлөрдү киргизет: бети кемчиликсиз жылмакай болушу керек, ал эми нурлануу нуру абдан так багытталган болушу керек. Бул учурда жарык басымы төмөнкү формула менен эсептелет:
p=(1-k+ρ)I/c, кайда
k – өткөрүмдүүлүк, ρ – чагылуу коэффициенти, I – түшкөн жарык шооласынын интенсивдүүлүгү, c – вакуумдагы жарыктын ылдамдыгы.
Бирок, балким, окурман факторлордун мындай идеалдуу айкалышы жок деп ойлогондур. Идеалдуу бет эсепке алынбаса да, жарыктын так перпендикуляр болушун уюштуруу абдан кыйын.
Формулалар үчүнбурчка түшкөндө электромагниттик нурлануунун басымын аныктоо
Күзгү бетиндеги жарыктын басымы бурчта векторлордун элементтерин камтыган башка формула менен эсептелет:
p=ω ((1-k)i+ρi’)cos ϴ
p, i, i' маанилери векторлор. Бул учурда k жана ρ, мурунку формуладагыдай, тиешелүүлүгүнө жараша өткөрүү жана чагылдыруу коэффициенттери болуп саналат. Жаңы баалуулуктар төмөнкүлөрдү билдирет:
- ω – нурлануу энергиясынын көлөмдүк тыгыздыгы;
- i жана i' - окуянын багытын жана чагылган жарык шооласын көрсөтүүчү бирдик векторлор (алар таасир берүүчү күчтөр кошула турган багыттарды белгилешет);
- ϴ - жарык нуру түшкөн нормалдуу бурч (жана, демек, бет күзгүдөн болгондуктан, чагылышы).
Окурманга нормал бетке перпендикуляр экенин эскертиңиз, андыктан маселеге жарыктын бетке түшүү бурчу берилсе, анда ϴ берилген мааниден 90 градус минус болот.
Электромагниттик нурлануунун басым кубулушунун колдонулушу
Физиканы окуган студент көптөгөн формулаларды, түшүнүктөрдү жана кубулуштарды кызыксыз деп табат. Анткени, эреже катары, мугалим теориялык жактарын айтат, бирок айрым кубулуштардын пайдасын мисал келтире алат. Бул үчүн мектеп насаатчыларын күнөөлөп койбойлу: алар программа боюнча өтө чектелүү, сабак учурунда кеңири материалды айтып берүү керек жана дагы эле окуучулардын билимин текшерүүгө убакыт бар.
Ошентсе да, биздин изилдөө объектиси көпкызыктуу колдонмолор:
- Азыр дээрлик ар бир студент өзүнүн окуу жайынын лабораториясында Лебедевдин экспериментин кайталай алат. Бирок андан кийин эксперименталдык маалыматтардын теориялык эсептөөлөр менен дал келиши чыныгы ачылыш болду. Биринчи жолу 20% ката менен жасалган эксперимент дүйнө жүзү боюнча окумуштууларга физиканын жаңы тармагын - кванттык оптиканы иштеп чыгууга мүмкүндүк берди.
- Лазердик импульс менен жука пленкаларды тездетүү жолу менен жогорку энергиялуу протондорду (мисалы, ар кандай заттарды нурлантуу үчүн) өндүрүү.
- Жерге жакын объекттердин, анын ичинде спутниктердин жана космостук станциялардын бетине Күндүн электромагниттик нурлануусунун басымын эсепке алуу алардын орбитасын көбүрөөк тактык менен оңдоого мүмкүндүк берет жана бул приборлордун Жерге түшүшүнө жол бербейт.
Жогорудагы колдонмолор азыр реалдуу дүйнөдө бар. Бирок али ишке аша элек потенциалдуу мүмкүнчүлүктөр да бар, анткени адамзаттын технологиясы талап кылынган деңгээлге жете элек. Алардын арасында:
- Күн парус. Анын жардамы менен Жерге жакын, ал тургай Күнгө жакын мейкиндикте кыйла чоң жүктөрдү жылдыруу мүмкүн болмок. Жарык кичинекей импульс берет, бирок парустун бетинин туура абалы менен ылдамдануу туруктуу болмок. сүрүлүү жок болсо, ылдамдыкка ээ болуу жана күн системасынын каалаган чекитине жүк жеткирүү үчүн жетиштүү болуп саналат.
- Фотоникалык кыймылдаткыч. Бул технология, балким, адамга өзүнүн жылдызынын тартылуусун жеңип, башка ааламдарга учууга мүмкүндүк берет. Күн парусунан айырмасы, жасалма жол менен түзүлгөн аппарат, мисалы, термоядролук, күн импульстарын жаратат.мотор.
