Давление света. Давлением света называется давление, которое производят электромагнитные световые волны, падающие на поверхность какого- либо тела

Давлением света называется давление, которое производят электромагнитные световые волны, падающие на поверхность какого- либо тела.

Свет обнару­живает корпуску­лярно-волновой дуализм (двойст­вен­ность): в одних явлениях проявля­ется его волновая природа и он ведет себя как электро­маг­нитная волна, в других явлениях проявляется корпускулярная природа света и он ведет себя как поток фотонов.

В квантовой оптике световое давление является следствием того, что у фотона имеется импульс:

Из наличия у фотона импульса вытекает, что свет, падающий на какое-либо тело, должен оказывать на это тело давление, равное импульсу, сообщаемому фотонами единице поверхности в единицу времени.

Если в единицу времени на единицу поверхности тела падает фотонов, то при коэффициенте отражения света от поверхности тела фотонов отразится, а – поглотится. Каждый поглощённый фотон передаёт поверхности импульс , а каждый отражённый .

Тогда давление на поверхность равно

.

Учитывая, что , где – общее число фотонов, а – энергия всех фотонов, получаем:

,

где – объёмная плотность энергии излучения; – коэффициент отражения света. Для зеркальных тел , соответственно , для чёрных , .

Существование светового давления объясняется с точки зрения электромагнитной теории света. При падении электромагнитной волны на металл (рис.9), под действием электрического поля волны с напряженностью электроны металла будут двигаться в направлении, противоположном вектору со скоростью . Магнитное поле с индукцией действует на движущиеся электроны с силой Лоренца в направлении, перпендикулярном поверхности металла. Таким образом, световая волна оказывает давление на поверхность металла.

Существование светового давления экспериментально доказано опытами П.Н. Лебедева.

Рис.9. Схема, поясняющая существо­ва­ние светового давления с волновой точки зрения	Рис. 10. Схема при­бора П.Н. Лебе­де­ва

Прибор П.Н. Лебедева представлял собой легкий каркас с укрепленными на нем тонкими дисками – светлыми и темными (рис. 10). Диски располагались симметрично относительно оси подвеса, вокруг которой каркас мог поворачиваться. Свет, падая на диски, оказывал на светлые и темные диски различное давление. В результате каркас, подвешенный на тонкой стеклянной нити, испытывал вращающий момент, который закручивал нить. Давление света определялось по углу закручивания нити.