Задание 27. При изучении давления света проведены два опыта с одним и тем же лазером. В первом опыте свет лазера направляется на пластинку, покрытую сажей, а во втором — на зеркальную пластинку такой же площади. В обоих опытах пластинки находятся на одинаковом расстоянии от лазера и свет падает перпендикулярно поверхности пластинок.
Как изменится сила давления света на пластинку во втором опыте по сравнению с первым? Ответ поясните, указав, какие физические закономерности Вы использовали для объяснения.
Решение.
1. Сила давления света во втором опыте больше, чем в первом.
2. В обоих опытах происходит поглощение световой волны. Этот процесс можно рассматривать как поглощение за время t большого числа квантов света — фотонов. Каждый фотон при поглощении передаёт пластинке импульс , поэтому пластинка получает импульс, равный сумме импульсов поглощённых фотонов: .
3. В результате поглощения света пластинкой, покрытой сажей, она приобретает за время t импульс в направлении распространения света от лазера. В соответствии с законом изменения импульса тела в инерциальной системе отсчёта скорость изменения импульса тела равна силе, действующей на него со стороны других тел или полей:
.
4. В результате отражения света от зеркальной пластины отражённый квант имеет импульс, противоположный импульсу кванта падающей волны: , поэтому отражённая волна имеет импульс . В итоге за время t импульс волны под действием зеркальной пластинки изменился. Это изменение:
.
Импульс системы световая волна + зеркальная пластинка сохраняется: , поэтому . Но изменение импульса тела в инерциальной системе отсчёта происходит только под действием других тел или полей и характеризуется силой . Для хорошего зеркала , поэтому .
5. Сравнивая выражения для силы F1 действующей на пластинку, покрытую сажей, и силы F2, действующей на зеркало, приходим к выводу, что F1<F2.
Другие задания:
Для наших пользователей доступны следующие материалы: