Bu gün söhbətimizi yüngül təzyiq kimi bir fenomenə həsr edəcəyik. Kəşfin əsaslarını və elm üçün nəticələrini nəzərdən keçirin.
İşıq və rəng
İnsan bacarıqlarının sirri qədim zamanlardan insanları narahat edirdi. Göz necə görür? Rənglər niyə mövcuddur? Dünyanın bizim onu qəbul etdiyimiz kimi olmasının səbəbi nədir? İnsan nə qədər uzağı görə bilər? Günəş şüasının spektrə parçalanması ilə bağlı təcrübələr 17-ci əsrdə Nyuton tərəfindən aparılmışdır. O, həmçinin o dövrdə işıq haqqında məlum olan bir sıra fərqli faktlar üçün ciddi riyazi əsas qoydu. Və Nyuton nəzəriyyəsi çox şey proqnozlaşdırdı: məsələn, yalnız kvant fizikasının izah etdiyi kəşflər (qravitasiya sahəsində işığın əyilməsi). Lakin o dövrün fizikası işığın dəqiq təbiətini bilmirdi və başa düşmürdü.
Dalğa və ya hissəcik
Dünyadakı elm adamları işığın mahiyyətinə nüfuz etməyə başlayandan bəri mübahisələr gedir: radiasiya, dalğa və ya hissəcik (korpuskul) nədir? Bəzi faktlar (refraksiya, əksetmə və qütbləşmə) ilk nəzəriyyəni təsdiqlədi. Digərləri (maneələr olmadıqda düzxətli yayılma, yüngül təzyiq) - ikinci. Ancaq yalnız kvant fizikası bu mübahisəni iki versiyanı birləşdirərək sakitləşdirə bildi.general. Korpuskulyar-dalğa nəzəriyyəsi bildirir ki, hər hansı mikrohissəcik, o cümlədən foton həm dalğa, həm də hissəcik xassələrinə malikdir. Yəni işığın kvantının tezliyi, amplitudası və dalğa uzunluğu, həmçinin impuls və kütlə kimi xüsusiyyətləri vardır. Dərhal rezervasiya edək: fotonların istirahət kütləsi yoxdur. Elektromaqnit sahəsinin kvantı olmaqla onlar enerji və kütləni yalnız hərəkət prosesində daşıyırlar. Bu, "işıq" anlayışının mahiyyətidir. Fizika indi bunu kifayət qədər təfərrüatlı şəkildə izah etdi.
Dalğa uzunluğu və enerji
Bir qədər yuxarıda "dalğa enerjisi" anlayışından bəhs edildi. Eynşteyn inandırıcı şəkildə sübut etdi ki, enerji və kütlə eyni anlayışlardır. Foton enerji daşıyırsa, onun kütləsi olmalıdır. Bununla belə, işıq kvantı “hiyləgər” hissəcikdir: foton maneə ilə toqquşduqda, enerjisini tamamilə maddəyə verir, ona çevrilir və fərdi mahiyyətini itirir. Eyni zamanda, müəyyən hallar (məsələn, güclü istilik) metalların və qazların əvvəllər qaranlıq və sakit daxili hissələrinin işıq saçmasına səbəb ola bilər. Kütlənin mövcudluğunun birbaşa nəticəsi olan fotonun impulsunu işığın təzyiqindən istifadə etməklə təyin etmək olar. Rusiyalı tədqiqatçı Lebedevin təcrübələri bu heyrətamiz faktı inandırıcı şəkildə sübut etdi.
Lebedev təcrübəsi
Rus alimi Petr Nikolaevich Lebedev 1899-cu ildə aşağıdakı təcrübəni etdi. İncə gümüş sapın üstündə çarx asdı. Çarpaz çubuğun uclarına alim eyni maddədən iki boşqab yapışdırdı. Bunlar gümüş folqa, qızıl və hətta mika idi. Beləliklə, bir növ tərəzi yarandı. Yalnız onlar yuxarıdan basan yükün deyil, boşqabların hər birində yan tərəfdən basan yükün çəkisini ölçdülər. Lebedev bütün bu quruluşu külək və hava sıxlığında təsadüfi dalğalanmaların ona təsir göstərməməsi üçün şüşə örtünün altına qoydu. Bundan əlavə, qapağın altında bir vakuum yaratdığını yazmaq istərdim. Lakin o zaman orta vakuuma belə nail olmaq mümkün deyildi. Ona görə də deyirik ki, o, şüşə örtünün altında çox nadir atmosfer yaradıb. Və alternativ olaraq bir boşqabı işıqlandırdı, digərini kölgədə qoydu. Səthlərə yönəldilmiş işığın miqdarı əvvəlcədən müəyyən edilmişdir. Lebedev əyilmə bucağından işığın plitələrə hansı impulsun ötürüldüyünü müəyyən etdi.
Normal şüalanma zamanı elektromaqnit şüalanmasının təzyiqini təyin etmək üçün düsturlar
Əvvəlcə "normal düşmə"nin nə olduğunu izah edək? İşıq səthə ciddi şəkildə perpendikulyar yönəldildikdə normal olaraq səthə düşür. Bu, problemə məhdudiyyətlər qoyur: səth mükəmməl hamar olmalıdır və radiasiya şüası çox dəqiq şəkildə yönəldilməlidir. Bu halda işıq təzyiqi düsturla hesablanır:
p=(1-k+ρ)I/c, harada
k keçiricilik, ρ əksetmə əmsalı, I düşən işıq şüasının intensivliyi, c işığın vakuumdakı sürətidir.
Ancaq yəqin ki, oxucu faktorların belə ideal birləşməsinin mövcud olmadığını artıq təxmin edib. İdeal səth nəzərə alınmasa belə, işığın ciddi şəkildə perpendikulyar düşməsini təşkil etmək olduqca çətindir.
Formullarelektromaqnit şüalanmanın bucaq altında düşəndə təzyiqinin təyini
Bucaq altında güzgü səthində işığın təzyiqi vektor elementlərini ehtiva edən fərqli düsturla hesablanır:
p=ω ((1-k)i+ρi’)çünki ϴ
p, i, i' qiymətləri vektorlardır. Bu halda, k və ρ, əvvəlki düsturda olduğu kimi, müvafiq olaraq, ötürmə və əks etdirmə əmsallarıdır. Yeni dəyərlər aşağıdakıları bildirir:
- ω – radiasiya enerjisinin həcm sıxlığı;
- i və i' hadisənin istiqamətini və əks olunan işıq şüasını göstərən vahid vektorlardır (onlar hərəkət edən qüvvələrin əlavə edilməli olduğu istiqamətləri təyin edirlər);
- ϴ - işıq şüasının düşdüyü normaya bucaq (və müvafiq olaraq səth güzgüləndiyi üçün əks olunur).
Oxucuya xatırladın ki, normal səthə perpendikulyardır, ona görə də problemə işığın səthə düşmə bucağı verilirsə, onda ϴ verilmiş dəyərdən 90 dərəcə çıxılacaq.
Elektromaqnit şüalanma təzyiqi fenomeninin tətbiqi
Fizikanı öyrənən tələbə çoxlu düsturlar, anlayışlar və hadisələri darıxdırıcı tapır. Çünki, bir qayda olaraq, müəllim nəzəri cəhətləri danışır, lakin nadir hallarda müəyyən hadisələrin faydalarından nümunələr verə bilir. Buna görə məktəb mentorlarını günahlandırmayaq: onlar proqramla çox məhduddur, dərs zamanı siz geniş material danışmalısınız və hələ də şagirdlərin biliyini yoxlamağa vaxtınız var.
Bununla belə, bizim tədqiqat obyektimiz çoxdurmaraqlı proqramlar:
- İndi demək olar ki, hər bir tələbə öz təhsil müəssisəsinin laboratoriyasında Lebedevin təcrübəsini təkrarlaya bilər. Ancaq sonra eksperimental məlumatların nəzəri hesablamalarla üst-üstə düşməsi əsl irəliləyiş oldu. İlk dəfə 20% xəta ilə edilən təcrübə bütün dünya alimlərinə fizikanın yeni sahəsini - kvant optikasını inkişaf etdirməyə imkan verdi.
- Nazik təbəqələri lazer impulsu ilə sürətləndirməklə yüksək enerjili protonların istehsalı (məsələn, müxtəlif maddələrin şüalanması üçün).
- Yerə yaxın olan obyektlərin, o cümlədən peyklərin və kosmik stansiyaların səthində Günəşin elektromaqnit şüalanmasının təzyiqinin nəzərə alınması onların orbitini daha dəqiqliklə düzəltməyə imkan verir və bu cihazların Yerə düşməsinin qarşısını alır.
Yuxarıdakı proqramlar indi real dünyada mövcuddur. Amma hələ reallaşdırılmamış potensial imkanlar da var, çünki bəşəriyyətin texnologiyası hələ lazımi səviyyəyə çatmayıb. Onların arasında:
- Günəş yelkəni. Onun köməyi ilə Yerə yaxın və hətta günəşə yaxın məkanda kifayət qədər böyük yükləri daşımaq mümkün olardı. İşıq kiçik bir impuls verir, lakin yelkənin səthinin düzgün mövqeyi ilə sürətlənmə sabit olardı. Sürtünmə olmadığı təqdirdə sürət qazanmaq və günəş sistemində istədiyiniz nöqtəyə mal çatdırmaq kifayətdir.
- Fotonik mühərrik. Bu texnologiya, bəlkə də, insana öz ulduzunun cazibəsini aradan qaldırmağa və başqa dünyalara uçmağa imkan verəcək. Günəş yelkənindən fərqi ondan ibarətdir ki, süni şəkildə yaradılmış cihaz, məsələn, termonüvə, günəş impulsları yaradacaq.mühərrik.
