Yorugʻlik bosimi

Elektromagnit nurlanish bosimi, yorugʻlik bosimi — jismning yuzasiga tushgan yorugʻlik (va umuman elektromagnit) nurlanish tomonidan taʼsir qiladigan bosim.

Tarix

Lebedev tajribasining sxematik tasviri

Yorugʻlik bosimining mavjudligi haqidagi gipotezani birinchi marta I. Kepler 17-asrda kometa dumlarining Quyosh yaqinida uchayotganda harakatini tushuntirish uchun. 1873 yilda Maksvell oʻzining klassik elektrodinamiği doirasida yorugʻlik bosimi nazariyasini berdi. Eksperimental ravishda yorugʻlik bosimi birinchi marta 1899 yilda P. N. Lebedev tomonidan oʻrganilgan. Uning tajribalarida vakuum qilingan idishdagi yupqa kumush ipga buralish tarozisi osilgan, uning uchlariga slyuda va turli metallardan iborat yupqa disklar biriktirilgan. Asosiy qiyinchilik radiometrik va konvektiv kuchlar fonida yorugʻlik bosimini farqlash edi (atrofdagi gaz haroratining yoritilgan va yoritilmagan tomonlardan farqi tufayli kuchlar). Bundan tashqari, oʻsha paytda oddiy mexanik nasoslardan boshqa vakuum nasoslari ishlab chiqilmaganligi sababli, Lebedev oʻz tajribalarini zamonaviy tasnifga koʻra, hatto oʻrtacha sharoitda ham oʻtkaza olmadi.

Qanotlarning turli tomonlarini navbatma-navbat nurlantirish orqali Lebedev radiometrik kuchlarni tekisladi va Maksvell nazariyasi bilan qoniqarli (±20%) kelishuvga erishdi. Keyinchalik, 1907-1910 yillarda Lebedev gazlardagi yorugʻlik bosimi boʻyicha aniqroq tajribalar oʻtkazdi va nazariyaga mos qiymatlarni oldi .

Hisoblash

Tarqalishning yoʻqligida

Nurlanishning normal tushishi va tarqalishsiz yorugʻlik bosimini hisoblash uchun siz quyidagi formuladan foydalanishingiz mumkin:

p={\frac {I}{c}}(1-k+\rho )

,

bu yerda $I$ — tushayotgan nurlanishning intensivligi ; $c$ yorugʻlik tezligi, $k$ oʻtkazuvchanlik, $\rho$ aks qaytish koeffitsienti hisoblanadi.

Yerga yaqin kosmosda joylashgan yorugʻlikka perpendikulyar oyna yuzasida quyosh nurining bosimini Quyoshdan bir astronomik birlik masofasida quyosh (elektromagnit) energiyasi oqimining zichligi orqali osongina hisoblash mumkin (quyosh doimiysi). Taxminan 9 mkN/m² = 9 mikropaskal yoki 6989900000000000000♠9×10⁻¹¹ atm.

Agar yorugʻlik $θ$ burchak ostida normalga tushsa, bosim quyidagi formula bilan ifodalanishi mumkin:

{\vec {p}}=w((1-k){\vec {i}}-\rho \,{\vec {i'}})\cos \theta

,

bu yerda $w$ hajmiy nurlanish energiyasi zichligi, $k$ oʻtkazuvchanlik, $\rho$ — aks qaytish koeffitsienti, ${\vec {i}}$ tushayotgan nur yoʻnalishidagi birlik vektor, ${\vec {i'}}$ aks ettirilgan nur yoʻnalishidagi birlik vektoridir.

Masalan, birlik maydoniga yorugʻlik bosimi kuchining tangensial komponenti teng boʻladi

{f_{\tau }}\,=w((1-k)\sin \theta -\rho \sin \theta )\cos \theta =w(1-k-\rho )\sin \theta \cos \theta

.

Birlik maydoniga yorugʻlik bosimi kuchining normal komponenti teng boʻladi

{f{n}}\,=w((1-k)\cos \theta -\rho (-\cos \theta ))\cos \theta =w(1-k+\rho )\cos ^{2}\theta

.

Oddiy va tangensial komponentlarning nisbati

{\frac {f{n}}{f{\tau }}}={\frac {1-k+\rho }{1-k-\rho }}{\rm {ctg\,}}\theta

.

Tarqalganida

Agar yorugʻlikning oʻtkazilish va aks ettirish paytida yuza tomonidan tarqalishi Lambert qonuniga boʻysunsa, normal tushish paytida bosim quyidagicha boʻladi:

p={\frac {I}{c}}(1+{\frac {2}{3}}(A-K))

bu yerda $I$ — tushayotgan nurlanishning intensivligi, $K$ diffuziyaviy oʻtkazuvchanlik, $A$ — albedo .

Xulosa

Lambert manbasidan elektromagnit toʻlqin olib ketgan impulsni topamiz. Lambert manbasining umumiy yorqinligi maʼlum

E=\pi B_{n}

,

bu yerda $B_{n}$ — normal yoʻnalishdagi yorugʻlik intensivligi .

Demak, ixtiyoriy $\theta$ burchak ostida normalga, Lambert qonuniga koʻra, tengdir

B=B_{n}\cos \theta ={\frac {E}{\pi }}\cos \theta

.

Sferik halqa shakliga ega boʻlgan qattiq burchak elementiga tarqaladigan energiya tengdir

dE=Bd\Omega =({\frac {E}{\pi }}\cos \theta )d\Omega =({\frac {E}{\pi }}\cos \theta )(2\pi \sin \theta d\theta )=2E\cos \theta \sin \theta d\theta

.

Radiatsiya tomonidan olib ketilgan impulsni aniqlash uchun uning faqat normal komponentini hisobga olish kerak, chunki aylanish simmetriyasi tufayli barcha tangensial komponentlar bir-birini yoʻq qiladi:

dp={\frac {dE}{c}}\cos \theta

.

Bu yerdan

p=\int {\frac {dE}{c}}\cos \theta ={\frac {2E}{c}}\int \limits _{0}^{\pi /2}\cos ^{2}\theta \sin \theta \,d\theta ={\frac {2E}{c}}\int \limits _{\pi /2}^{0}\cos ^{2}\theta \,d\cos \theta ={\frac {2E}{c}}\int \limits _{0}^{1}x^{2}\,dx={\frac {2}{3}}{\frac {E}{c}}

.

Orqaga tarqalgan nurlanish uchun $E=AI$ va $p={\frac {2}{3}}A{\frac {I}{c}}$ .

Plastinkadan oʻtadigan radiatsiya uchun, $E=KI$ va $p=-{\frac {2}{3}}K{\frac {I}{c}}$ (minus bu nurlanish oldinga yoʻnaltirilganligi sababli yuzaga keladi).

Hodisa natijasida hosil boʻlgan bosimni va tarqoq nurlanishning ikkala turini qoʻshib, biz kerakli ifodani olamiz.

Agar aks qaytgangan va uzatilgan nurlanish qisman yoʻnaltirilgan va qisman tarqalgan boʻlsa, formula toʻgʻri keladi:

p={\frac {I}{c}}(1+\rho -k+{\frac {2}{3}}(A-K))

bu yerda $I$ — tushayotgan nurlanishning intensivligi, $k$ — yoʻnalishli oʻtkazuvchanlik, $K$ — diffuzaviy oʻtkazuvchanlik, $ρ$ — yoʻnalishli aks ettirish koeffitsienti, $A$ — tarqaladigan albedo.

Foton gaz bosimi

Energiya zichligiga ega boʻlgan izotrop foton gazi $u$ , bosim koʻrsatadi:

p={\frac {1}{3}}u

Xususan, agar foton gazi harorat bilan muvozanatda boʻlsa (qora jismning nurlanishi). $T$ boʻlsa, uning bosimi:

p=\left({\frac {\pi ^{2}k^{4}}{45c^{3}\hbar ^{3}}}\right)T^{4}={\frac {4}{3c}}\sigma T^{4}

bu yerda $σ$ — Stefan-Boltzman doimiysi .

Fizikaviy maʼnosi

Elektromagnit nurlanishning bosimi har qanday moddiy ob’ekt kabi energiyaga ega boʻlishining natijasidir $E$ va tezlik bilan harakatlanadi $v$ , hamda impulsga ega $p = Ev / c ²$ . Va madomiki elektromagnit nurlanish uchun $v = c$ , keyin $p = E / c$ .

Elektrodinamikada elektromagnit nurlanish bosimi elektromagnit maydonning energiya tensori bilan tavsiflanadi.

Korpuskulyar tavsif

Agar yorugʻlikni fotonlar oqimi deb hisoblasak, klassik mexanika tamoyillariga koʻra, zarralar jismga urilganda, ular impulsni unga oʻtkazishi kerak, boshqacha qilib aytganda, bosim oʻtkazishi kerak.

Toʻlqin tavsifi

Yorugʻlikning toʻlqin nazariyasi nuqtai nazaridan elektromagnit toʻlqin vaqt va makonda oʻzgaruvchan va oʻzaro bogʻliq boʻlgan elektr va magnit maydonlarining tebranishlarini ifodalaydi. Toʻlqin aks ettiruvchi yuzaga tushganda, elektr maydoni toʻlqinning magnit komponenti taʼsir qiladigan sirt yaqin qatlamidagi oqimlarni qoʻzgʻatadi. Shunday qilib, yorugʻlik bosimi jismning zarrachalariga taʼsir qiluvchi koʻplab Lorentz kuchlarining yigʻindisidir natijasidir.

Quyosh nuri bosimi^[1]^[2]
Masofa </br> quyoshdan, a. e.	Bosim, </br> mkPa (mkN/m²)
0,20	227
0,39 (Merkuriy)	60.6
0,72 (Venera)	17.4
1.00 (Yer)	9.08
1.52 (Mars)	3.91
3.00 (asteroid kamari)	1.01
5.20 (Yupiter)	0,34

Ilova

Kosmik dvigatellar

Mumkin ilovalar quyosh yelkanini va gazni ajratish va uzoq kelajakda fotonli dvigatellardir.

Shuningdek qarang

Eslatmalar

↑ Georgevic, R. M. (1973) „The Solar Radiation Pressure Forces and Torques Model“, The Journal of the Astronautical Sciences, Vol. 27, No. 1, Jan-Feb. First known publication describing how solar radiation pressure creates forces and torques that affect spacecraft.
↑ Wright, Jerome L. (1992), Space Sailing, Gordon and Breach Science Publishers

Adabiyotlar

Lebedew P., Untersuchungen liber die Dnickkräfte des Lichtes, „Annalen der Physik“, 1901, fasc. 4, Bd 6, S. 433-458. DOI : https://dx.doi.org/10.1002/andp.19013111102 ;
Lebedev P. N., Izbr. soch., M. — L., 1949 yil
Landsberg G. S., Optika, 4-nashr, M., 1957;
Yorugʻlik, materiya, elektromagnit maydon, tortishish [1]

[RMG-1] Georgevic, R. M. (1973) „The Solar Radiation Pressure Forces and Torques Model“, The Journal of the Astronautical Sciences, Vol. 27, No. 1, Jan-Feb. First known publication describing how solar radiation pressure creates forces and torques that affect spacecraft.

[Wright-2] Wright, Jerome L. (1992), Space Sailing, Gordon and Breach Science Publishers

[1]

[2]