วันนี้เราจะพูดถึงปรากฏการณ์เช่นแรงกดดันเล็กน้อย พิจารณาสถานที่ของการค้นพบและผลที่ตามมาของวิทยาศาสตร์
แสงและสี
ความลึกลับของความสามารถของมนุษย์ทำให้คนกังวลมาตั้งแต่สมัยโบราณ ตามองเห็นได้อย่างไร? ทำไมสีถึงมีอยู่? อะไรคือเหตุผลที่โลกเป็นแบบที่เรารับรู้? คนมองเห็นได้ไกลแค่ไหน? การทดลองกับการสลายตัวของรังสีดวงอาทิตย์เป็นสเปกตรัมได้ดำเนินการโดยนิวตันในศตวรรษที่ 17 นอกจากนี้ เขายังวางรากฐานทางคณิตศาสตร์ที่เข้มงวดสำหรับข้อเท็จจริงที่แตกต่างกันจำนวนหนึ่งซึ่งในขณะนั้นทราบเกี่ยวกับแสง และทฤษฎีของนิวตันทำนายไว้มากมาย เช่น การค้นพบที่อธิบายฟิสิกส์ควอนตัมเท่านั้น (การโก่งตัวของแสงในสนามโน้มถ่วง) แต่ฟิสิกส์ในสมัยนั้นไม่รู้และไม่เข้าใจธรรมชาติที่แท้จริงของแสง
คลื่นหรืออนุภาค
เนื่องจากนักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกเริ่มเจาะลึกถึงแก่นแท้ของแสง จึงมีการอภิปรายกันว่ารังสี คลื่น หรืออนุภาค (corpuscle) คืออะไร? ข้อเท็จจริงบางประการ (การหักเห การสะท้อน และโพลาไรซ์) ยืนยันทฤษฎีแรก อื่น ๆ (การขยายพันธุ์เป็นเส้นตรงในกรณีที่ไม่มีสิ่งกีดขวางความดันแสง) - ครั้งที่สอง อย่างไรก็ตาม มีเพียงฟิสิกส์ควอนตัมเท่านั้นที่สามารถระงับข้อพิพาทนี้ได้โดยการรวมทั้งสองเวอร์ชันเป็นหนึ่งเดียวทั่วไป. ทฤษฎีคลื่นเม็ดเลือดระบุว่าอนุภาคขนาดเล็ก รวมทั้งโฟตอน มีทั้งคุณสมบัติของคลื่นและอนุภาค กล่าวคือ ควอนตัมของแสงมีลักษณะเฉพาะ เช่น ความถี่ แอมพลิจูดและความยาวคลื่น ตลอดจนโมเมนตัมและมวล มาจองกันเลย: โฟตอนไม่มีมวลเหลือ เนื่องจากเป็นควอนตัมของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า จึงมีพลังงานและมวลอยู่ในกระบวนการเคลื่อนที่เท่านั้น นี่คือแก่นแท้ของแนวคิดเรื่อง "แสง" ฟิสิกส์ได้อธิบายอย่างละเอียดแล้ว
ความยาวคลื่นและพลังงาน
เหนือแนวคิดของ "พลังงานคลื่น" เล็กน้อยถูกกล่าวถึง ไอน์สไตน์พิสูจน์ได้อย่างน่าเชื่อถือว่าพลังงานและมวลเป็นแนวคิดที่เหมือนกัน ถ้าโฟตอนมีพลังงาน จะต้องมีมวล อย่างไรก็ตาม ควอนตัมของแสงเป็นอนุภาคที่ "ฉลาดแกมโกง" เมื่อโฟตอนชนกับสิ่งกีดขวาง โฟตอนจะสูญเสียพลังงานไปเป็นสสาร กลายเป็นอนุภาค และสูญเสียแก่นแท้ของธาตุไป ในเวลาเดียวกัน บางสถานการณ์ (เช่น ความร้อนสูง) อาจทำให้ภายในที่มืดและสงบก่อนหน้านี้ของโลหะและก๊าซเปล่งแสงออกมา โมเมนตัมของโฟตอนซึ่งเป็นผลโดยตรงของการมีอยู่ของมวล สามารถกำหนดได้โดยใช้ความดันของแสง การทดลองของ Lebedev นักวิจัยจากรัสเซียได้พิสูจน์ความจริงอันน่าทึ่งนี้อย่างน่าเชื่อถือ
การทดลองของเลเบเดฟ
นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย Petr Nikolaevich Lebedev ในปี 1899 ได้ทำการทดลองดังต่อไปนี้ เขาแขวนคานขวางไว้บนด้ายเงินเส้นเล็ก นักวิทยาศาสตร์ได้แนบแผ่นสองแผ่นที่มีสารเดียวกันไว้ที่ปลายคาน เหล่านี้เป็นฟอยล์สีเงินและทองและแม้กระทั่งไมกา จึงมีการสร้างตราชั่งชนิดหนึ่งขึ้นมีเพียงพวกเขาเท่านั้นที่วัดน้ำหนักไม่ใช่น้ำหนักที่กดจากด้านบน แต่วัดน้ำหนักที่กดจากด้านข้างของแผ่นเปลือกโลกแต่ละแผ่น เลเบเดฟวางโครงสร้างทั้งหมดนี้ไว้ใต้ฝาครอบกระจกเพื่อไม่ให้ลมและความผันผวนของความหนาแน่นของอากาศสุ่มส่งผลกระทบ นอกจากนี้ ฉันต้องการเขียนว่าเขาสร้างสุญญากาศไว้ใต้ฝา แต่ในขณะนั้น แม้แต่สุญญากาศโดยเฉลี่ยก็ไม่สามารถทำได้ ดังนั้นเราจึงกล่าวว่าเขาสร้างบรรยากาศที่หายากมากภายใต้ฝาครอบกระจก และให้จานหนึ่งสว่างสลับกัน เหลืออีกจานหนึ่งไว้ในเงามืด ปริมาณแสงที่ส่องไปที่พื้นผิวถูกกำหนดไว้ล่วงหน้า จากมุมโก่งตัว Lebedev กำหนดว่าโมเมนตัมใดที่ส่งแสงไปยังจาน
สูตรสำหรับกำหนดความดันของการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่อุบัติการณ์ลำแสงปกติ
เรามาอธิบายกันก่อนว่า "การล้มแบบปกติ" คืออะไร? โดยปกติแสงจะตกกระทบบนพื้นผิวหากตั้งฉากกับพื้นผิวอย่างเคร่งครัด สิ่งนี้กำหนดข้อจำกัดของปัญหา: พื้นผิวต้องเรียบอย่างสมบูรณ์ และลำแสงรังสีจะต้องถูกชี้นำอย่างแม่นยำมาก ในกรณีนี้ ความดันเบาคำนวณโดยสูตร:
p=(1-k+ρ)I/c, ที่ไหน
k คือการส่งผ่าน ρ คือสัมประสิทธิ์การสะท้อน I คือความเข้มของลำแสงตกกระทบ c คือความเร็วของแสงในสุญญากาศ
แต่ผู้อ่านอาจเดาได้แล้วว่าปัจจัยต่างๆ ในอุดมคตินั้นไม่มีอยู่จริง แม้ว่าจะไม่คำนึงถึงพื้นผิวในอุดมคติ แต่ก็ค่อนข้างยากที่จะจัดระเบียบอุบัติการณ์ของแสงในแนวตั้งฉากอย่างเคร่งครัด
สูตรสำหรับการกำหนดความดันของการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าเมื่อตกลงไปที่มุม
แรงกดของแสงบนพื้นผิวกระจกในมุมหนึ่งคำนวณโดยใช้สูตรอื่นที่มีองค์ประกอบของเวกเตอร์อยู่แล้ว:
p=ω ((1-k)i+ρi’)cos ϴ
ค่า p, i, i' เป็นเวกเตอร์ ในกรณีนี้ k และ ρ ดังในสูตรก่อนหน้า คือสัมประสิทธิ์การส่งผ่านและการสะท้อนตามลำดับ ค่าใหม่หมายถึงสิ่งต่อไปนี้:
- ω – ความหนาแน่นของปริมาตรของพลังงานรังสี
- i และฉัน คือเวกเตอร์หน่วยที่แสดงทิศทางของเหตุการณ์และลำแสงสะท้อน (กำหนดทิศทางที่ควรเพิ่มแรงกระทำ)
- ϴ - มุมกับมุมปกติที่รังสีแสงตกลงมา (และดังนั้น จึงสะท้อนออกมา เนื่องจากพื้นผิวเป็นกระจกสะท้อน)
เตือนผู้อ่านว่าเส้นตั้งฉากตั้งฉากกับพื้นผิว ดังนั้นหากปัญหาเกิดจากมุมตกกระทบของแสงกับพื้นผิว ϴ คือ 90 องศาลบด้วยค่าที่กำหนด
การประยุกต์ใช้ปรากฏการณ์แรงดันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
นักเรียนที่เรียนฟิสิกส์พบว่ามีสูตร แนวคิด และปรากฏการณ์มากมายที่น่าเบื่อ เพราะตามกฎแล้วครูบอกแง่มุมทางทฤษฎี แต่ไม่ค่อยสามารถยกตัวอย่างประโยชน์ของปรากฏการณ์บางอย่างได้ อย่าโทษครูพี่เลี้ยงสำหรับเรื่องนี้ พวกเขาถูกจำกัดโดยโปรแกรม ในระหว่างบทเรียน คุณต้องบอกเนื้อหาที่ครอบคลุม และยังมีเวลาตรวจสอบความรู้ของนักเรียน
อย่างไรก็ตาม เป้าหมายการศึกษาของเรามีมากมายแอปพลิเคชั่นที่น่าสนใจ:
- ตอนนี้นักเรียนเกือบทุกคนในห้องปฏิบัติการของสถาบันการศึกษาของเขาสามารถทำซ้ำการทดลองของ Lebedev ได้ แต่แล้วความบังเอิญของข้อมูลการทดลองกับการคำนวณเชิงทฤษฎีก็เป็นความก้าวหน้าอย่างแท้จริง การทดลองที่ทำขึ้นเป็นครั้งแรกโดยมีข้อผิดพลาด 20% ทำให้นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกสามารถพัฒนาสาขาฟิสิกส์ใหม่ - ควอนตัมออปติก
- การผลิตโปรตอนพลังงานสูง (เช่น สำหรับการฉายรังสีของสารต่างๆ) โดยการเร่งฟิล์มบางด้วยเลเซอร์พัลส์
- เมื่อคำนึงถึงความดันของการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าของดวงอาทิตย์บนพื้นผิวของวัตถุใกล้โลก รวมถึงดาวเทียมและสถานีอวกาศ ช่วยให้คุณแก้ไขวงโคจรของพวกมันได้อย่างแม่นยำยิ่งขึ้นและป้องกันไม่ให้อุปกรณ์เหล่านี้ตกลงสู่พื้นโลก
แอปพลิเคชันข้างต้นมีอยู่ในโลกแห่งความเป็นจริงแล้ว แต่ยังมีโอกาสที่เป็นไปได้ที่ยังไม่ได้รับการตระหนักเพราะเทคโนโลยีของมนุษยชาติยังไม่ถึงระดับที่ต้องการ ในหมู่พวกเขา:
- เรือพลังงานแสงอาทิตย์. ด้วยความช่วยเหลือของมัน มันจะเป็นไปได้ที่จะเคลื่อนย้ายสิ่งของที่มีขนาดค่อนข้างใหญ่ในพื้นที่ใกล้โลกและแม้กระทั่งใกล้ดวงอาทิตย์ แสงให้แรงกระตุ้นเล็กน้อย แต่ด้วยตำแหน่งที่ถูกต้องของพื้นผิวใบเรือ ความเร่งจะคงที่ หากไม่มีแรงเสียดทาน การเพิ่มความเร็วและส่งสินค้าไปยังจุดที่ต้องการในระบบสุริยะก็เพียงพอแล้ว
- เครื่องยนต์โฟโตนิก. บางทีเทคโนโลยีนี้อาจช่วยให้บุคคลสามารถเอาชนะแรงดึงดูดของดาราของเขาและบินไปยังโลกอื่น ความแตกต่างจากใบเรือสุริยะคืออุปกรณ์ที่สร้างขึ้นอย่างเทียมเช่นอุปกรณ์เทอร์โมนิวเคลียร์จะสร้างพัลส์สุริยะเครื่องยนต์