Задача #289 ← →

Установка, иллюстрирующая опыт Лебедева по измерению светового давления, состоит из вакуумной колбы и двух плоских «крылышек» одного размера, одна поверхность которых имеет белый цвет, а другая — черный. Крылышки могут вращаться вокруг вертикальной оси AB (см. рисунок).

  1. В какую сторону начнет вращаться установка, если свет от мощной лампы падает от наблюдателя перпендикулярно плоскости чертежа?

  2. Как изменится скорость вращения (увеличится, уменьшится, не изменится), если оставить прежним число фотонов, взаимодействующих с крылышками в единицу времени, но вместо желтого света использовать синий?

  3. Герметичность вакуумной колбы нарушилась. Как это повлияет на вращение установки?

Решение

  1. Световое давление при равной площади, интенсивности света и угле падения больше на хорошо отражающую поверхность. Импульс отраженных фотонов меняется в два раза сильнее, чем импульс поглощенных фотонов. Пусть — импульс фотона. Тогда при поглощении изменение импульса составляет а при отражении Значит, белой поверхности фотоны придают больший импульс, чем черной. Вращение начнется против часовой стрелки, если смотреть на ось AB сверху.

  2. Энергия синих фотонов больше, чем желтых, значит и импульс синего фотона больше. Сила светового давления на белую поверхность вырастет значительнее, чем на черную. Скорость вращения увеличится.

  3. Давление света по-прежнему будет больше на белую поверхность. Черная поверхность разогрета сильнее, так как поглощает больше фотонов. Тогда при отскоке молекул воздуха от черной поверхности им передается больший импульс, и давление воздуха на черную поверхность оказывается сильнее. Направление вращения сменится на противоположное.

Примечание

См. задачу #122, где выводится формула для давления света.

Сложность: 8/10

Источник: Лисаков

Раздел: Квантовая физика

Подраздел: Давление света

Номер в ЕГЭ: 21