![]() |
![]() |
|
![]() | ![]() |
Опыты Лебедева по световому давлению
Прежде чем описывать схему опыта Лебедева, покажем, что световое давление достаточно легко находит объяснение в рамках электромагнитной теории Максвелла. Для простоты рассмотрим непрозрачную и не отражающую свет (черную) плоскую пластину, перпендикулярную к падающей на нее монохроматической световой волне. Будем считать, что волна линейно поляризована, так что векторы напряженностей магнитного поля где С другой стороны, электрическое поле также воздействует на индуцированный ток, что приводит к образованию джоулева тепла. Согласно закону Джоуля–Ленца, в том же самом объеме тепла в единицу времени. Сравним теперь выражения для силы и мощности тепловыделения. В вакууме для электромагнитной волны где Проинтегрировав данное выражение по объему пластины Отношение Этот результат можно интерпретировать как факт, что отношение энергии световой волны к ее импульсу постоянно и равно
Скажем теперь о самом эксперименте, проведенном Лебедевым в 1899 году. Основным чувствительным элементом его установки являлась система металлических крылышек диаметром 5мм, подвешенных на легкой стеклянной нити и способная поворачиваться относительно вертикальной оси (см. рис. 1). Крылышки подбирались так, чтобы напротив друг друга стояли хорошо и плохо отражающие свет пары. Подвес с крылышками O размещался в колбе G с откачанным воздухом, на которую направлялся свет, создаваемый специальной системой линз и зеркал (см. рис. 2). Свет от дуговой лампы B направлялся через фокусирующую систему линз C, затем пропускался через небольшое отверстие D и коллиматор (собирающую линзу) K. Таким образом неточечная, вообще говоря, дуга преобразовывалась в точечный источник света D. От света отфильтровывалось инфракрасное излучение с помощью водяного фильтра W, после чего параллельный пучок системой зеркал S1, S2, S3 направлялся на линзу L1. Эта линза фокусировала свет на одном из крылышек (R). Отраженный от полупрозрачной пластины P1 свет также фокусировался на термоэлемент T, который измерял интенсивность светового потока. Система дополнительных зеркал S4, S5, S6 позволяла направлять свет на другую сторону крылышка. Несмотря на относительную простоту идеи светового давления, наблюдать ее в прямом эксперименте Лебедев не мог. Причина заключается в том, что при давлениях, доступных ему, часть воздуха все же оставалась внутри сосуда G. Из-за этого возникали сопутствующие явления, которые также приводили к повороту подвеса с крылышками. Более того, соответствующие силы намного превышали ожидаемую силу светового давления. Одно из побочных явлений — радиометрический эффект — заключается в том, что на неравномерно разогретую пластину действует сила со стороны разреженного газа. Действительно, если две поверхности крылышка (одна — освещаемая, другая — нет) имеют различные температуры В результате точнейших измерений Лебедев с точностью 20% подтвердил предсказание Максвелла для непрозрачных пластин: где Чтобы представлять себе величины эффектов, скажем, что свет Солнца в зените приносит на 1 квадратный метр поверхности земли энергии. Это так называемая солнечная постоянная. Соответственно сила давления, оказываемого на черный резиновый коврик площадью 1м2, равна Это давление на 11 порядков величины меньше атмосферного; тем не менее, именно оно удерживает Солнце от гравитационного коллапса, а также направляет хвосты комет от Солнца. По этой причине иногда кометы летят хвостом вперед. Получив удовлетворительные результаты при изучении давления света на твердые тела, Лебедев в 1907–1910 годах поставил более точные опыты по измерению давления света на газы. В этих опытах также было получено приемлемое согласие с теорией Максвелла. <<К предыдущему эксперименту | Оптика | К следующему эксперименту>> |
|