અરીસાની સપાટી પર પ્રકાશ દબાણ. પ્રકાશ દબાણ

આ વિડિઓ પાઠ "પ્રકાશ દબાણ" વિષયને સમર્પિત છે. લેબેદેવના પ્રયોગો. લેબેડેવના પ્રયોગોએ વૈજ્ઞાનિક વિશ્વ પર મોટી છાપ પાડી, કારણ કે તેમના માટે આભાર પ્રકાશનું દબાણ પ્રથમ વખત માપવામાં આવ્યું હતું અને મેક્સવેલના સિદ્ધાંતની માન્યતા સાબિત થઈ હતી. તેણે તે કેવી રીતે કર્યું? તમે આ રસપ્રદ ભૌતિકશાસ્ત્રના પાઠમાંથી પ્રકાશના ક્વોન્ટમ થિયરીથી સંબંધિત આ અને અન્ય ઘણા રસપ્રદ પ્રશ્નોના જવાબ શીખી શકો છો.

વિષય: પ્રકાશ દબાણ

પાઠ: પ્રકાશ દબાણ. લેબેદેવના પ્રયોગો

પ્રકાશ દબાણના અસ્તિત્વ વિશેની પૂર્વધારણા સૌપ્રથમ 17મી સદીમાં જોહાન્સ કેપ્લર દ્વારા રજૂ કરવામાં આવી હતી જેથી તેઓ સૂર્યની નજીક ઉડે ત્યારે ધૂમકેતુની પૂંછડીઓની ઘટનાને સમજાવી શકાય.

મેક્સવેલ, પ્રકાશના ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક સિદ્ધાંતના આધારે, આગાહી કરી હતી કે પ્રકાશ અવરોધ પર દબાણ લાવે છે.

તરંગના ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રના પ્રભાવ હેઠળ, શરીરમાં ઇલેક્ટ્રોન ઓસીલેટ થાય છે - ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ રચાય છે. આ પ્રવાહ ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રની તાકાત સાથે નિર્દેશિત થાય છે. વ્યવસ્થિત રીતે ફરતા ઇલેક્ટ્રોન પર ચુંબકીય ક્ષેત્રમાંથી લોરેન્ટ્ઝ બળ દ્વારા કાર્ય કરવામાં આવે છે, જે તરંગોના પ્રસારની દિશામાં નિર્દેશિત થાય છે - આ છે પ્રકાશ દબાણ બળ(ફિગ. 1).

ચોખા. 1. મેક્સવેલનો પ્રયોગ

મેક્સવેલના સિદ્ધાંતને સાબિત કરવા માટે, પ્રકાશના દબાણને માપવું જરૂરી હતું. પ્રકાશનું દબાણ સૌપ્રથમ 1900 (ફિગ. 2) માં રશિયન ભૌતિકશાસ્ત્રી પ્યોટર નિકોલેવિચ લેબેદેવ દ્વારા માપવામાં આવ્યું હતું.

ચોખા. 2. Petr Nikolaevich Lebedev

ચોખા. 3. લેબેડેવ ઉપકરણ

લેબેદેવનું ઉપકરણ (ફિગ. 3) પાતળા કાચના થ્રેડ પર પ્રકાશ સળિયા ધરાવે છે, જેની કિનારીઓ સાથે પ્રકાશ પાંખો જોડાયેલ છે. આખું ઉપકરણ કાચના વાસણમાં મૂકવામાં આવ્યું હતું, જેમાંથી હવા બહાર કાઢવામાં આવી હતી. પ્રકાશ સળિયાની એક બાજુ પર સ્થિત પાંખો પર પડે છે. દબાણ મૂલ્યને થ્રેડના ટ્વિસ્ટના કોણ દ્વારા નક્કી કરી શકાય છે. પ્રકાશના દબાણને સચોટ રીતે માપવામાં મુશ્કેલી એ હકીકતને કારણે હતી કે જહાજમાંથી બધી હવાને બહાર કાઢવાનું અશક્ય હતું. પ્રયોગ દરમિયાન, જહાજની પાંખો અને દિવાલોની અસમાન ગરમીને કારણે હવાના અણુઓની હિલચાલ શરૂ થઈ. પાંખો સંપૂર્ણપણે ઊભી લટકાવી શકાતી નથી. ગરમ હવાનો પ્રવાહ ઉપરની તરફ વધે છે અને પાંખો પર કાર્ય કરે છે, જે વધારાના ટોર્ક તરફ દોરી જાય છે. ઉપરાંત, થ્રેડના વળાંકને પાંખોની બાજુઓની બિન-સમાન ગરમીથી અસર થાય છે. પ્રકાશ સ્ત્રોતનો સામનો કરતી બાજુ વિરુદ્ધ બાજુ કરતાં વધુ ગરમ થાય છે. ગરમ બાજુથી પ્રતિબિંબિત થતા અણુઓ વિંગલેટને વધુ વેગ આપે છે.

ચોખા. 4. લેબેડેવ ઉપકરણ

ચોખા. 5. લેબેડેવ ઉપકરણ

તે સમયે પ્રાયોગિક તકનીકના નીચા સ્તર હોવા છતાં, લેબેડેવ બધી મુશ્કેલીઓ દૂર કરવામાં સફળ રહ્યો. તેણે એક ખૂબ મોટું પાત્ર અને ખૂબ જ પાતળી પાંખો લીધી. પાંખમાં પાતળા પ્લેટિનમ વર્તુળોની બે જોડીનો સમાવેશ થતો હતો. દરેક જોડીના વર્તુળોમાંથી એક બંને બાજુએ ચળકતું હતું. અન્ય બાજુઓ એક બાજુ પ્લેટિનમ નીલોથી ઢંકાયેલી હતી. તદુપરાંત, વર્તુળોની બંને જોડી જાડાઈમાં અલગ હતી.

સંવહન પ્રવાહોને બાકાત રાખવા માટે, લેબેદેવે એક અથવા બીજી બાજુથી પાંખો પર પ્રકાશના કિરણોને નિર્દેશિત કર્યા. આમ, પાંખો પર કામ કરતા દળો સંતુલિત હતા (ફિગ. 4-5).

ચોખા. 6. લેબેડેવ ઉપકરણ

ચોખા. 7. લેબેડેવ ઉપકરણ

આમ, ઘન પદાર્થો પર પ્રકાશનું દબાણ સાબિત અને માપવામાં આવ્યું હતું (ફિગ. 6-7). આ દબાણનું મૂલ્ય મેક્સવેલના અનુમાનિત દબાણ સાથે એકરુપ હતું.

ત્રણ વર્ષ પછી, લેબેડેવ અન્ય પ્રયોગ કરવા વ્યવસ્થાપિત - વાયુઓ પર પ્રકાશના દબાણને માપવા (ફિગ. 8).

ચોખા. 8. વાયુઓ પર પ્રકાશના દબાણને માપવા માટે સ્થાપન

લોર્ડ કેલ્વિન: "તમે જાણતા હશો કે મેં આખી જીંદગી મેક્સવેલ સાથે લડ્યા, તેના હળવા દબાણને ઓળખ્યા નહીં, અને હવે તમારા લેબેદેવે મને તેના પ્રયોગોને શરણે જવા દબાણ કર્યું."

પ્રકાશના ક્વોન્ટમ સિદ્ધાંતના ઉદભવથી પ્રકાશ દબાણના કારણને વધુ સરળ રીતે સમજાવવાનું શક્ય બન્યું.

ફોટોન પાસે વેગ હોય છે. જ્યારે શરીર દ્વારા શોષાય છે, ત્યારે તેઓ તેમના આવેગને તેમાં સ્થાનાંતરિત કરે છે. આવી ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને સંપૂર્ણપણે અસ્થિર અસર તરીકે ગણી શકાય.

દરેક ફોટોન દ્વારા સપાટી પર લગાવવામાં આવેલ બળ છે:

સપાટી પર પ્રકાશ દબાણ:

અરીસાની સપાટી સાથે ફોટોનની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા

આ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના કિસ્સામાં, એકદમ સ્થિતિસ્થાપક ક્રિયાપ્રતિક્રિયા પ્રાપ્ત થાય છે. જ્યારે ફોટોન સપાટી પર પડે છે, ત્યારે તે તેમાંથી તે જ ઝડપ અને વેગ સાથે પ્રતિબિંબિત થાય છે જે સાથે તે આ સપાટી પર પડ્યો હતો. જ્યારે ફોટોન કાળી સપાટી પર પડે છે ત્યારે વેગમાં ફેરફાર બમણો મોટો હશે, પ્રકાશનું દબાણ બમણું થશે.

પ્રકૃતિમાં એવા કોઈ પદાર્થો નથી કે જેની સપાટી સંપૂર્ણપણે ફોટોનને શોષી લે અથવા પ્રતિબિંબિત કરે. તેથી, વાસ્તવિક શરીર પર પ્રકાશ દબાણની ગણતરી કરવા માટે, તે ધ્યાનમાં લેવું જરૂરી છે કે કેટલાક ફોટોન આ શરીર દ્વારા શોષાય છે, અને કેટલાક પ્રતિબિંબિત થશે.

લેબેડેવના પ્રયોગોને પ્રાયોગિક પુરાવા તરીકે ગણી શકાય કે ફોટોન વેગ ધરાવે છે. સામાન્ય સ્થિતિમાં પ્રકાશનું દબાણ ખૂબ ઓછું હોવા છતાં, તેની અસર નોંધપાત્ર હોઈ શકે છે. સૂર્યના દબાણના આધારે, સ્પેસશીપ માટે એક સઢ વિકસાવવામાં આવ્યું હતું, જે પ્રકાશના દબાણ હેઠળ અવકાશમાં હિલચાલને મંજૂરી આપશે (ફિગ. 11).

ચોખા. 11. સ્પેસશીપ સઢ

મેક્સવેલના સિદ્ધાંત મુજબ, પ્રકાશનું દબાણ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગના ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રના પ્રભાવ હેઠળ ઓસીલેટરી હલનચલન કરતા ઇલેક્ટ્રોન પર લોરેન્ટ્ઝ બળની ક્રિયાના પરિણામે ઉદ્ભવે છે.

ક્વોન્ટમ થિયરીના દૃષ્ટિકોણથી, પ્રકાશ દબાણ તે સપાટી સાથે ફોટોનની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના પરિણામે ઉદભવે છે જેના પર તેઓ પડે છે.

મેક્સવેલ દ્વારા હાથ ધરવામાં આવેલી ગણતરીઓ લેબેડેવ દ્વારા ઉત્પાદિત પરિણામો સાથે સુસંગત હતી. આ સ્પષ્ટપણે પ્રકાશના ક્વોન્ટમ-વેવ દ્વૈતવાદને સાબિત કરે છે.

ક્રૂક્સના પ્રયોગો

લેબેદેવ પ્રાયોગિક રીતે પ્રકાશ દબાણ શોધનાર પ્રથમ હતા અને તેને માપવામાં સક્ષમ હતા. પ્રયોગ અતિ જટિલ હતો, પરંતુ ત્યાં એક વૈજ્ઞાનિક રમકડું છે - ક્રૂક્સ પ્રયોગ (ફિગ. 12).

ચોખા. 12. ક્રૂક્સ પ્રયોગ

એક નાનો પ્રોપેલર, જેમાં ચાર પાંખડીઓનો સમાવેશ થાય છે, તે સોય પર સ્થિત છે, જે કાચની ટોપીથી ઢંકાયેલી છે. જો તમે આ પ્રોપેલરને પ્રકાશથી પ્રકાશિત કરો છો, તો તે ફેરવવાનું શરૂ કરે છે. જો તમે આ પ્રોપેલરને ખુલ્લી હવામાં જોશો જ્યારે તેના પર પવન ફૂંકાય છે, તો તેના પરિભ્રમણથી કોઈને આશ્ચર્ય થશે નહીં, પરંતુ આ કિસ્સામાં કાચનું આવરણ હવાના પ્રવાહોને પ્રોપેલર પર કાર્ય કરવાની મંજૂરી આપતું નથી. તેથી, તેની હિલચાલનું કારણ પ્રકાશ છે.

અંગ્રેજી ભૌતિકશાસ્ત્રી વિલિયમ ક્રૂક્સે આકસ્મિક રીતે પ્રથમ બનાવ્યું પ્રકાશ સ્પિનર.

1873 માં, ક્રૂક્સે થેલિયમ તત્વનું અણુ વજન નક્કી કરવાનું નક્કી કર્યું અને તેને ખૂબ જ ચોક્કસ સંતુલન પર તોલ્યું. રેન્ડમ હવાના પ્રવાહોને વજનવાળા ચિત્રને વિકૃત કરતા અટકાવવા માટે, ક્રૂક્સે રોકર આર્મ્સને વેક્યૂમમાં સ્થગિત કરવાનું નક્કી કર્યું. તેણે તે કર્યું અને તે આશ્ચર્યચકિત થઈ ગયો, કારણ કે તેના સૌથી પાતળા ભીંગડા ગરમી પ્રત્યે સંવેદનશીલ હતા. જો ગરમીનો સ્ત્રોત ઑબ્જેક્ટની નીચે હતો, તો તેણે તેનું વજન ઘટાડ્યું, જો ઉપર હોય, તો તેણે તેને વધાર્યું.

આ આકસ્મિક અનુભવમાં સુધારો કર્યા પછી, ક્રૂક્સ એક રમકડું - રેડિયોમીટર (લાઇટ મિલ) સાથે આવ્યા. ક્રૂક્સ રેડિયોમીટર એ ચાર બ્લેડવાળા ઇમ્પેલર છે જે સહેજ શૂન્યાવકાશ હેઠળ કાચના બલ્બની અંદર સોય પર સંતુલિત છે. જ્યારે પ્રકાશ બીમ બ્લેડને હિટ કરે છે, ત્યારે ઇમ્પેલર ફેરવવાનું શરૂ કરે છે, જે ક્યારેક પ્રકાશ દબાણ દ્વારા ખોટી રીતે સમજાવવામાં આવે છે. હકીકતમાં, ટોર્સિયનનું કારણ રેડિયોમેટ્રિક અસર છે. બ્લેડની પ્રકાશિત (ગરમ) બાજુ અને વિપરીત અપ્રકાશિત (ઠંડી) બાજુ પર પ્રહાર કરતા ગેસના પરમાણુઓની ગતિ ઊર્જામાં તફાવતને કારણે પ્રતિકૂળ બળનો ઉદભવ.

1. પ્રકાશનું દબાણ અને સંજોગોનું દબાણ ().
2. પ્યોત્ર નિકોલાઈવિચ લેબેદેવ ().
3. ક્રૂક્સ રેડિયોમીટર ().

આજે આપણે પ્રકાશ દબાણ જેવી ઘટના માટે વાતચીત સમર્પિત કરીશું. ચાલો શોધના પરિસર અને વિજ્ઞાન માટેના પરિણામોનો વિચાર કરીએ.

પ્રકાશ અને રંગ

પ્રાચીન કાળથી માનવ ક્ષમતાઓનું રહસ્ય લોકોને ચિંતિત કરે છે. આંખ કેવી રીતે જુએ છે? શા માટે રંગો અસ્તિત્વમાં છે? આપણે જે રીતે અનુભવીએ છીએ તે રીતે વિશ્વ છે તેનું કારણ શું છે? વ્યક્તિ ક્યાં સુધી જોઈ શકે છે? 17મી સદીમાં ન્યૂટન દ્વારા સૌર કિરણના સ્પેક્ટ્રમમાં વિઘટન સાથેના પ્રયોગો હાથ ધરવામાં આવ્યા હતા. તેણે તે સમયે પ્રકાશ વિશે જાણીતી સંખ્યાબંધ અસમાન તથ્યો માટે સખત ગાણિતિક પાયો નાખ્યો હતો. અને ન્યુટનના સિદ્ધાંતે ઘણી આગાહી કરી: ઉદાહરણ તરીકે, શોધો કે જે માત્ર ક્વોન્ટમ ભૌતિકશાસ્ત્ર જ સમજાવી શકે છે (ગુરુત્વાકર્ષણ ક્ષેત્રમાં પ્રકાશનું વિચલન). પરંતુ તે સમયના ભૌતિકશાસ્ત્રને પ્રકાશની ચોક્કસ પ્રકૃતિ ખબર કે સમજી શકતી ન હતી.

તરંગ કે કણ

જ્યારથી વિશ્વભરના વૈજ્ઞાનિકોએ પ્રકાશના સારને સમજવાનું શરૂ કર્યું છે, ત્યાં એક ચર્ચા છે: રેડિયેશન, તરંગ અથવા કણ (કોર્પસ્કલ) શું છે? કેટલાક તથ્યો (પ્રત્યાવર્તન, પ્રતિબિંબ અને ધ્રુવીકરણ) એ પ્રથમ સિદ્ધાંતની પુષ્ટિ કરી. અન્ય (અવરોધોની ગેરહાજરીમાં રેખીય પ્રચાર, પ્રકાશ દબાણ) - બીજું. જો કે, માત્ર ક્વોન્ટમ ફિઝિક્સ જ બે સંસ્કરણોને એક સામાન્યમાં જોડીને આ વિવાદને શાંત કરવામાં સક્ષમ હતું. જણાવે છે કે ફોટોન સહિત કોઈપણ માઇક્રોપાર્ટિકલમાં તરંગ અને કણ બંનેના ગુણધર્મો હોય છે. એટલે કે, પ્રકાશના જથ્થામાં આવર્તન, કંપનવિસ્તાર અને તરંગલંબાઇ તેમજ વેગ અને દળ જેવી લાક્ષણિકતાઓ હોય છે. ચાલો તરત જ રિઝર્વેશન કરીએ: ફોટોન પાસે બાકીનો સમૂહ નથી. ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ફિલ્ડનું પ્રમાણ હોવાથી, તેઓ માત્ર ચળવળની પ્રક્રિયામાં જ ઊર્જા અને દળ વહન કરે છે. આ "પ્રકાશ" ની વિભાવનાનો સાર છે. ભૌતિકશાસ્ત્રે આ દિવસોમાં તેને કેટલીક વિગતવાર સમજાવ્યું છે.

તરંગલંબાઇ અને ઊર્જા

"તરંગ ઊર્જા" ની વિભાવના ઉપર જ ઉલ્લેખ કરવામાં આવ્યો હતો. આઈન્સ્ટાઈને ખાતરીપૂર્વક સાબિત કર્યું કે ઊર્જા અને સમૂહ સમાન ખ્યાલો છે. જો ફોટોન ઊર્જા વહન કરે છે, તો તેનું દળ હોવું આવશ્યક છે. જો કે, પ્રકાશનું પ્રમાણ એ "ઘડાયેલું" કણ છે: જ્યારે ફોટોન કોઈ અવરોધનો સામનો કરે છે, ત્યારે તે પદાર્થને તેની ઊર્જા સંપૂર્ણપણે છોડી દે છે, તે બની જાય છે અને તેનું વ્યક્તિગત સાર ગુમાવે છે. તદુપરાંત, ચોક્કસ સંજોગો (ઉદાહરણ તરીકે, મજબૂત ગરમી) ધાતુઓ અને વાયુઓના અગાઉના ઘેરા અને શાંત આંતરિક પ્રકાશને ઉત્સર્જિત કરી શકે છે. પ્રકાશના દબાણનો ઉપયોગ કરીને ફોટોનની ગતિ, સમૂહની હાજરીનું સીધું પરિણામ, નક્કી કરી શકાય છે. રશિયાના સંશોધકોએ આ આશ્ચર્યજનક હકીકતને ખાતરીપૂર્વક સાબિત કરી છે.

લેબેદેવનો અનુભવ

રશિયન વૈજ્ઞાનિક પ્યોત્ર નિકોલેવિચ લેબેદેવે 1899માં નીચેનો પ્રયોગ કર્યો હતો. તેણે ક્રોસબારને પાતળા ચાંદીના દોરા પર લટકાવ્યો. વૈજ્ઞાનિકે ક્રોસબારના છેડા સાથે સમાન પદાર્થની બે પ્લેટો જોડી. તેમાં ચાંદીના વરખ, સોનું અને અભ્રકનો પણ સમાવેશ થાય છે. આમ, એક પ્રકારની ભીંગડા બનાવવામાં આવી હતી. માત્ર તેઓએ ઉપરથી દબાતા ભારનું વજન નહીં, પરંતુ દરેક પ્લેટ પર બાજુથી દબાવતા ભારનું વજન માપ્યું. લેબેદેવે આ આખું માળખું કાચના આવરણ હેઠળ મૂક્યું જેથી પવન અને હવાની ઘનતામાં અવ્યવસ્થિત વધઘટ તેને અસર ન કરી શકે. આગળ, હું લખવા માંગુ છું કે તેણે ઢાંકણની નીચે વેક્યુમ બનાવ્યું. પરંતુ તે સમયે સરેરાશ શૂન્યાવકાશ પણ પ્રાપ્ત કરવું અશક્ય હતું. તેથી આપણે કહીશું કે તેણે કાચના કવર હેઠળ મજબૂત રીતે બનાવ્યું અને એક પ્લેટને એકાંતરે પ્રકાશિત કરી, બીજીને પડછાયામાં છોડી દીધી. સપાટીઓ પર નિર્દેશિત પ્રકાશની માત્રા પૂર્વનિર્ધારિત હતી. ડિફ્લેક્શનના કોણના આધારે, લેબેદેવે નક્કી કર્યું કે કયો આવેગ પ્લેટોમાં પ્રકાશ પ્રસારિત કરે છે.

સામાન્ય બીમની ઘટનાઓ પર ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશનનું દબાણ નક્કી કરવા માટેના સૂત્રો

ચાલો પહેલા સમજાવીએ કે "સામાન્ય પતન" શું છે? પ્રકાશ સામાન્ય રીતે સપાટી પર પડે છે જો તે સપાટી પર સખત કાટખૂણે નિર્દેશિત હોય. આ સમસ્યા પર નિયંત્રણો લાદે છે: સપાટી સંપૂર્ણપણે સરળ હોવી જોઈએ, અને રેડિયેશન બીમ ખૂબ જ ચોક્કસ રીતે નિર્દેશિત હોવા જોઈએ. આ કિસ્સામાં, દબાણની ગણતરી કરવામાં આવે છે:

k એ ટ્રાન્સમિટન્સ ગુણાંક છે, ρ એ પ્રતિબિંબ ગુણાંક છે, I એ ઘટના પ્રકાશ બીમની તીવ્રતા છે, c શૂન્યાવકાશમાં પ્રકાશની ગતિ છે.

પરંતુ, સંભવતઃ, વાચકે પહેલેથી જ અનુમાન લગાવ્યું છે કે પરિબળોના આવા આદર્શ સંયોજન અસ્તિત્વમાં નથી. જો આપણે સપાટીની આદર્શતાને ધ્યાનમાં ન લઈએ તો પણ, પ્રકાશની ઘટનાઓને સખત કાટખૂણે ગોઠવવાનું ખૂબ મુશ્કેલ છે.

ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશન જ્યારે કોઈ ખૂણા પર પડે ત્યારે તેનું દબાણ નક્કી કરવા માટેના સૂત્રો

એક ખૂણા પર અરીસાની સપાટી પરના પ્રકાશ દબાણની ગણતરી અન્ય સૂત્રનો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવે છે, જેમાં પહેલાથી જ વેક્ટર તત્વો હોય છે:

p= ω ((1-k)i+ρi’)cos ϴ

p, i, i’ જથ્થાઓ વેક્ટર છે. આ કિસ્સામાં, k અને ρ, અગાઉના સૂત્રની જેમ, અનુક્રમે ટ્રાન્સમિટન્સ અને પ્રતિબિંબ ગુણાંક છે. નવા મૂલ્યોનો અર્થ નીચે મુજબ છે:

• ω - વોલ્યુમેટ્રિક રેડિયેશન ઊર્જા ઘનતા;
• i અને i’ એ એકમ વેક્ટર છે જે ઘટનાની દિશા દર્શાવે છે અને પ્રકાશનો પ્રતિબિંબિત કિરણ દર્શાવે છે (તે દિશાઓ સ્પષ્ટ કરે છે કે જેની સાથે અભિનય દળો ઉમેરવા જોઈએ);
• ϴ એ સામાન્ય માટેનો કોણ છે કે જેના પર પ્રકાશ કિરણ પડે છે (અને, તે મુજબ, પ્રતિબિંબિત થાય છે, કારણ કે સપાટી પ્રતિબિંબિત છે).

ચાલો રીડરને યાદ અપાવીએ કે સામાન્ય સપાટી પર લંબ છે, તેથી જો સમસ્યા સપાટી પર પ્રકાશની ઘટનાનો કોણ આપે છે, તો ϴ આપેલ મૂલ્યથી 90 ડિગ્રી ઓછા છે.

ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશન દબાણની ઘટનાનો ઉપયોગ

ભૌતિકશાસ્ત્રનો અભ્યાસ કરતા વિદ્યાર્થીને ઘણા સૂત્રો, વિભાવનાઓ અને ઘટનાઓ કંટાળાજનક લાગે છે. કારણ કે, એક નિયમ તરીકે, શિક્ષક સૈદ્ધાંતિક પાસાઓ વિશે વાત કરે છે, પરંતુ ભાગ્યે જ ચોક્કસ ઘટનાના ફાયદાના ઉદાહરણો આપી શકે છે. ચાલો આ માટે શાળાના શિક્ષકોને દોષ ન આપીએ: તેઓ પાઠ દરમિયાન ખૂબ જ મર્યાદિત છે;

તેમ છતાં, અમારા અભ્યાસના ઑબ્જેક્ટમાં ઘણી રસપ્રદ એપ્લિકેશનો છે:

1. હવે તેની શૈક્ષણિક સંસ્થાની પ્રયોગશાળામાં લગભગ દરેક શાળાના બાળકો લેબેદેવના પ્રયોગનું પુનરાવર્તન કરી શકે છે. પરંતુ તે પછી સૈદ્ધાંતિક ગણતરીઓ સાથે પ્રાયોગિક ડેટાનો સંયોગ એ એક વાસ્તવિક સફળતા હતી. આ પ્રયોગ, 20% ભૂલ સાથે પ્રથમ વખત હાથ ધરવામાં આવ્યો હતો, જેણે વિશ્વભરના વૈજ્ઞાનિકોને ભૌતિકશાસ્ત્રની નવી શાખા - ક્વોન્ટમ ઓપ્ટિક્સ વિકસાવવાની મંજૂરી આપી હતી.
2. લેસર પલ્સ વડે પાતળી ફિલ્મોને વેગ આપીને ઉચ્ચ-ઊર્જાવાળા પ્રોટોન (ઉદાહરણ તરીકે, વિવિધ પદાર્થોને ઇરેડિયેટ કરવા માટે) ઉત્પન્ન કરે છે.
3. ઉપગ્રહો અને અવકાશ મથકો સહિત પૃથ્વીની નજીકની વસ્તુઓની સપાટી પર સૂર્યમાંથી આવતા ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશનના દબાણને ધ્યાનમાં રાખીને, તેમની ભ્રમણકક્ષાને વધુ ચોકસાઈથી સુધારવાનું શક્ય બનાવે છે અને આ ઉપકરણોને પૃથ્વી પર પડતા અટકાવે છે.

ઉપરોક્ત એપ્લિકેશનો હવે વાસ્તવિક દુનિયામાં અસ્તિત્વમાં છે. પરંતુ એવી સંભવિત તકો પણ છે કે જે હજી સુધી સાકાર થઈ નથી, કારણ કે માનવતાની તકનીક હજુ સુધી જરૂરી સ્તરે પહોંચી નથી. તેમની વચ્ચે:

1. તેની મદદથી પૃથ્વીની નજીક અને સૂર્યની નજીકની જગ્યામાં પણ મોટા ભારને ખસેડવાનું શક્ય બનશે. પ્રકાશ એક નાનો આવેગ આપે છે, પરંતુ સેઇલ સપાટીની ઇચ્છિત સ્થિતિને જોતાં, પ્રવેગક સ્થિર રહેશે. ઘર્ષણની ગેરહાજરીમાં, તે ઝડપ મેળવવા અને સૌરમંડળમાં ઇચ્છિત બિંદુ સુધી કાર્ગો પહોંચાડવા માટે પૂરતું છે.
2. ફોટોન એન્જિન. આ ટેક્નોલોજી વ્યક્તિને તેના મૂળ તારાના ગુરુત્વાકર્ષણને દૂર કરવા અને અન્ય વિશ્વમાં ઉડવાની મંજૂરી આપી શકે છે. સૌર સઢથી તફાવત એ છે કે સૌર આવેગ કૃત્રિમ રીતે બનાવેલા ઉપકરણ દ્વારા ઉત્પન્ન થશે, ઉદાહરણ તરીકે, થર્મોન્યુક્લિયર એન્જિન.

ફોટોનનો પ્રવાહ (પ્રકાશ) કે જે સપાટીની અસર પર દબાણ લાવે છે.

શોષક સપાટી પર ફોટોનનો પ્રવાહ ઘટના:

અરીસાની સપાટી પર ફોટોનનો પ્રવાહ ઘટના:

સપાટી પર ફોટોનનો પ્રવાહ ઘટના:

પ્રકાશ દબાણનો ભૌતિક અર્થ:

પ્રકાશ એ ફોટોનનો પ્રવાહ છે, તો પછી, શાસ્ત્રીય મિકેનિક્સના સિદ્ધાંતો અનુસાર, કણો, જ્યારે શરીરને અથડાવે છે, ત્યારે તેને વેગ ટ્રાન્સફર કરવો જોઈએ, બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, દબાણ લાદવું

ઉપકરણ, માપ પ્રકાશ દબાણ, ખૂબ જ સંવેદનશીલ ટોર્સનલ ડાયનેમોમીટર (ટોર્સિયન સ્કેલ) હતું. આ ઉપકરણ લેબેડેવ દ્વારા બનાવવામાં આવ્યું હતું. તેનો ફરતો ભાગ પાતળા ક્વોરી થ્રેડ પર લટકાવેલી લાઇટ ફ્રેમ હતી જેની સાથે પાંખો જોડાયેલી હતી - 0.01 મીમી જાડા સુધીની લાઇટ અને બ્લેક ડિસ્ક. પાંખો મેટલ ફોઇલમાંથી બનાવવામાં આવી હતી. ફ્રેમ એક જહાજની અંદર સસ્પેન્ડ કરવામાં આવી હતી જેમાંથી હવા બહાર કાઢવામાં આવી હતી. પાંખો પર પડતો પ્રકાશ પ્રકાશ અને કાળી ડિસ્ક પર વિવિધ દબાણ લાવે છે. પરિણામે, એક ટોર્ક ફ્રેમ પર કામ કરે છે, જે સસ્પેન્શન થ્રેડને ટ્વિસ્ટ કરે છે. પ્રકાશ દબાણ નક્કી કરવા માટે થ્રેડના ટ્વિસ્ટના કોણનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો.

અમે ઉપયોગ કરેલ ફોર્મ્યુલામાં:

બળ કે જેના વડે ફોટોન દબાવવામાં આવે છે

સપાટી વિસ્તાર કે જેના પર પ્રકાશ દબાણ થાય છે

એક ફોટોનનો વેગ

પ્લાન્ક સતત

નીચે સમસ્યાઓની શરતો અને સ્કેન કરેલા ઉકેલો છે. જો તમારે આ વિષય પર કોઈ સમસ્યા ઉકેલવાની જરૂર હોય, તો તમે અહીં સમાન સ્થિતિ શોધી શકો છો અને સમાનતા દ્વારા તમારી સમસ્યા હલ કરી શકો છો. મોટી સંખ્યામાં છબીઓને કારણે પૃષ્ઠને લોડ થવામાં થોડો સમય લાગી શકે છે. જો તમને ભૌતિકશાસ્ત્રમાં સમસ્યાનું નિરાકરણ અથવા ઑનલાઇન મદદની જરૂર હોય, તો કૃપા કરીને અમારો સંપર્ક કરો, અમને મદદ કરવામાં આનંદ થશે.

ભૌતિક ઘટના - સપાટી પર પ્રકાશનું દબાણ - બે સ્થિતિઓથી ધ્યાનમાં લઈ શકાય છે - પ્રકાશના કોર્પસ્ક્યુલર અને તરંગ સિદ્ધાંતો. પ્રકાશના કોર્પસ્ક્યુલર (ક્વોન્ટમ) સિદ્ધાંત મુજબ, ફોટોન એક કણ છે અને તેમાં વેગ છે, જે, જ્યારે ફોટોન કોઈ સપાટીને અથડાવે છે, ત્યારે તે સપાટી પર સંપૂર્ણ અથવા આંશિક રીતે સ્થાનાંતરિત થાય છે. તરંગ સિદ્ધાંત મુજબ, પ્રકાશ એ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગ છે, જે જ્યારે સામગ્રીમાંથી પસાર થાય છે, ત્યારે ચાર્જ કરેલા કણો (લોરેન્ટ્ઝ બળ) પર અસર કરે છે, જે આ સિદ્ધાંતમાં પ્રકાશના દબાણને સમજાવે છે.

તરંગલંબાઇ 620 nm નો પ્રકાશ સામાન્ય રીતે કાળી સપાટી પર બને છે અને 0.1 μPa નું દબાણ લાવે છે. 10 સેકન્ડના સમયમાં 5 સેમી 2 વિસ્તારવાળી સપાટી પર કેટલા ફોટોન પડે છે?

પ્રકાશ સામાન્ય રીતે અરીસાની સપાટી પર પડે છે અને તેના પર 40 μPa નું દબાણ લાવે છે. સપાટીનું વિકિરણ શું છે?

તરંગલંબાઇ 600 nm નો પ્રકાશ સામાન્ય રીતે અરીસાની સપાટી પર બને છે અને 4 μPa નું દબાણ લાવે છે. 10 સેકન્ડના સમયમાં 1 mm 2 ના ક્ષેત્રફળ સાથે કેટલા ફોટોન સપાટી પર પડે છે?

590 nm ની તરંગલંબાઇ સાથેનો પ્રકાશ એ 60 ડિગ્રીના ખૂણા પર અરીસાની સપાટી પરની ઘટના છે. લ્યુમિનસ ફ્લક્સ ડેન્સિટી 1 kW/m2. સપાટી પર પ્રકાશ દબાણ નક્કી કરો.

સ્ત્રોત સપાટીથી 10 સે.મી.ના અંતરે સ્થિત છે. સપાટી પર પ્રકાશ દબાણ 1 એમપીએ છે. સ્ત્રોતની શક્તિ શોધો.

0.8 ડબ્લ્યુનો તેજસ્વી પ્રવાહ સામાન્ય રીતે 6 સેમી 2 વિસ્તાર સાથે અરીસાની સપાટી પર પડે છે. પ્રકાશ દબાણનું દબાણ અને બળ શોધો.

0.9 W નો તેજસ્વી પ્રવાહ સામાન્ય રીતે અરીસાની સપાટી પર પડે છે. આ સપાટી પર પ્રકાશ દબાણનું બળ શોધો.

પ્રકાશ સામાન્ય રીતે 0.8 ના પ્રતિબિંબ સાથે સપાટી પર પડે છે. આ સપાટી પર પ્રકાશનું દબાણ 5.4 μPa છે. 1 સેકન્ડના સમયમાં 1 મીટર 2 વિસ્તાર ધરાવતી સપાટી પર ફોટોનની ઘટના દ્વારા કઈ ઊર્જા લાવવામાં આવશે?

અંદરથી અગ્નિથી પ્રકાશિત દીવા બલ્બની કાળી સપાટી પર લાઈટ પ્રેશર શોધો. ફ્લાસ્કને 10 સે.મી.ની ત્રિજ્યા સાથેનો ગોળા ગણો અને લેમ્પ સર્પાકારને 1 kW ની શક્તિ સાથે બિંદુ પ્રકાશ સ્ત્રોત તરીકે ગણો.

120 W/m2 નો તેજસ્વી પ્રવાહ સામાન્ય રીતે સપાટી પર પડે છે અને 0.5 μPa નું દબાણ લાવે છે. સપાટીનું પ્રતિબિંબ શોધો.

પ્રકાશ સામાન્ય રીતે 5 સેમી 2 વિસ્તારની સંપૂર્ણ પ્રતિબિંબીત સપાટી પર પડે છે, 3 મિનિટના સમયમાં, ઘટના પ્રકાશની ઊર્જા 9 J છે. પ્રકાશ દબાણ શોધો.

4.5 સેમી 2 વિસ્તાર સાથે અરીસાની સપાટી પર પ્રકાશ પડે છે. સપાટી 20 W/cm2 ની ઉર્જા રોશની. ફોટોન 5 સેકન્ડમાં સપાટી પર કયો આવેગ પ્રસારિત કરશે?

પ્રકાશ સામાન્ય રીતે કાળી સપાટી પર પડે છે અને 10 મિનિટમાં 20 Jની ઊર્જા લાવે છે. સપાટીનું ક્ષેત્રફળ 3 cm2 છે. સપાટીનું વિકિરણ અને પ્રકાશ દબાણ શોધો.

0.1 W/cm2 ની ફ્લક્સ પાવર સાથેનો પ્રકાશ 30 ડિગ્રીના આકસ્મિક ખૂણા પર અરીસાની સપાટી પર પડે છે. સપાટી પર પ્રકાશ દબાણ નક્કી કરો.

પ્રકાશ માત્ર પદાર્થ દ્વારા શોષાય અને પ્રતિબિંબિત થતો નથી, પરંતુ શરીરની સપાટી પર દબાણ પણ બનાવે છે. પાછા 1604 માં, જર્મન ખગોળશાસ્ત્રી જે. કેપ્લરે પ્રકાશ દબાણની ક્રિયા દ્વારા ધૂમકેતુની પૂંછડીનો આકાર સમજાવ્યો (ફિગ. 1). અંગ્રેજ ભૌતિકશાસ્ત્રી જે. મેક્સવેલ, 250 વર્ષ પછી, તેમણે વિકસિત ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ફિલ્ડના સિદ્ધાંતનો ઉપયોગ કરીને શરીર પરના પ્રકાશના દબાણની ગણતરી કરી. મેક્સવેલની ગણતરી મુજબ, એવું બહાર આવ્યું છે કે જો પ્રકાશ ઊર્જા $E,$ પ્રતિ $1$ પ્રતિ $1$ પ્રતિબિંબ ગુણાંક $R$ સાથે એકમ ક્ષેત્ર પર કાટખૂણે પડે, તો પ્રકાશ દબાણ $p,$ દર્શાવે છે જે અવલંબન દ્વારા વ્યક્ત થાય છે: $p= \frac(E)(c)( 1+R)$ N/m 2 - પ્રકાશની ગતિ. આ સૂત્ર પ્રકાશને સપાટી સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરતા ફોટોનના પ્રવાહ તરીકે ધ્યાનમાં લઈને પણ મેળવી શકાય છે (ફિગ. 2).

કેટલાક વૈજ્ઞાનિકોને મેક્સવેલની સૈદ્ધાંતિક ગણતરીઓ પર શંકા હતી અને લાંબા સમય સુધી તેના પરિણામને પ્રાયોગિક રીતે ચકાસવું શક્ય નહોતું. સૌર મધ્યાહ્ન સમયે મધ્ય-અક્ષાંશોમાં, પ્રકાશ કિરણોને સંપૂર્ણપણે પ્રતિબિંબિત કરતી સપાટી પર, માત્ર $4.7⋅10^(−6)$ N/m 2 જેટલું દબાણ સર્જાય છે. સૌપ્રથમ વખત, 1899 માં રશિયન ભૌતિકશાસ્ત્રી પી.એન. લેબેદેવ દ્વારા પ્રકાશ દબાણ માપવામાં આવ્યું હતું. તેણે પાતળા થ્રેડ પર પાંખોની બે જોડી લટકાવી: તેમાંથી એકની સપાટી કાળી થઈ ગઈ હતી, અને બીજી પ્રતિબિંબિત હતી (ફિગ. 3). અરીસાની સપાટી પરથી પ્રકાશ લગભગ સંપૂર્ણ રીતે પ્રતિબિંબિત થતો હતો, અને અરીસાની પાંખ પર તેનું દબાણ કાળા પડી ગયેલા ($R=0$) કરતા બમણું મોટું ($R=1$) હતું. બળની એક ક્ષણ બનાવવામાં આવી હતી જેણે ઉપકરણને ફેરવ્યું હતું. પરિભ્રમણના ખૂણા દ્વારા કોઈ વ્યક્તિ પાંખો પર કામ કરતા બળને માપી શકે છે અને તેથી પ્રકાશ દબાણને માપી શકે છે.

પ્રયોગ એ બાહ્ય દળો દ્વારા જટિલ છે જે જ્યારે ઉપકરણ પ્રકાશિત થાય છે ત્યારે ઉદ્ભવે છે, જે પ્રકાશના દબાણ કરતા હજારો ગણા વધારે હોય છે સિવાય કે વિશેષ સાવચેતી રાખવામાં આવે. આમાંથી એક બળ રેડિયોમેટ્રિક અસર સાથે સંકળાયેલું છે. આ અસર પાંખની પ્રકાશિત અને શ્યામ બાજુઓ વચ્ચેના તાપમાનના તફાવતને કારણે થાય છે. પ્રકાશ-ગરમ બાજુ શેષ ગેસના અણુઓને ઠંડી, અગ્નિકૃત બાજુ કરતાં વધુ ઝડપી દરે પ્રતિબિંબિત કરે છે. તેથી, વાયુના પરમાણુઓ પ્રકાશિત બાજુમાં વધુ આવેગ સ્થાનાંતરિત કરે છે અને પાંખો પ્રકાશ દબાણના પ્રભાવ હેઠળ તે જ દિશામાં વળે છે - ખોટી અસર થાય છે. પી.એન. લેબેદેવે પાતળા વરખમાંથી પાંખો બનાવીને અને તેને શૂન્યાવકાશમાં મૂકીને રેડિયોમેટ્રિક અસરને ઓછામાં ઓછી કરી. પરિણામે, કાળી અને ચળકતી સપાટીના વ્યક્તિગત પરમાણુઓ દ્વારા પ્રસારિત વેગમાં તફાવત (તેમની વચ્ચે તાપમાનના નાના તફાવતને કારણે) અને સપાટી પર પડતા અણુઓની કુલ સંખ્યા (નીચા ગેસના દબાણને કારણે) બંનેમાં ઘટાડો થયો.

લેબેડેવના પ્રાયોગિક અભ્યાસોએ ધૂમકેતુ પૂંછડીઓની પ્રકૃતિ વિશે કેપ્લરની ધારણાને સમર્થન આપ્યું હતું. જેમ જેમ કણની ત્રિજ્યા ઘટે છે તેમ તેમ તેનું સૂર્ય પ્રત્યેનું આકર્ષણ ઘનનાં પ્રમાણમાં ઘટે છે અને ત્રિજ્યાના વર્ગના પ્રમાણમાં પ્રકાશનું દબાણ ઘટે છે. નાના કણો સૂર્યથી $r$ જેટલા પણ અંતરને ધ્યાનમાં લીધા વિના તેના પ્રતિકૂળતાનો અનુભવ કરશે, કારણ કે કિરણોત્સર્ગની ઘનતા અને ગુરુત્વાકર્ષણના આકર્ષક દળો સમાન નિયમ $1/r^2.$ મુજબ ઘટે છે. બ્રહ્માંડ. જેમ જેમ તારાનું દળ વધે છે તેમ, કેન્દ્ર તરફ તેના સ્તરોનું ગુરુત્વાકર્ષણ વધે છે. તેથી, તારાઓના આંતરિક સ્તરો મોટા પ્રમાણમાં સંકુચિત થાય છે, અને તેમનું તાપમાન લાખો ડિગ્રી સુધી વધે છે. સ્વાભાવિક રીતે, આ આંતરિક સ્તરોના બાહ્ય પ્રકાશ દબાણમાં નોંધપાત્ર વધારો કરે છે. સામાન્ય તારાઓમાં, ગુરુત્વાકર્ષણ બળો જે તારાને સ્થિર કરે છે અને પ્રકાશ દબાણ દળો જે તેને નષ્ટ કરે છે તે વચ્ચે સંતુલન ઊભું થાય છે. ખૂબ મોટા સમૂહના તારાઓ માટે, આવા સંતુલન થતું નથી, તેઓ અસ્થિર છે, અને તેઓ બ્રહ્માંડમાં અસ્તિત્વમાં હોવા જોઈએ નહીં. ખગોળશાસ્ત્રીય અવલોકનોએ પુષ્ટિ કરી છે: "સૌથી ભારે" તારાઓમાં બરાબર મહત્તમ સમૂહ છે જે હજુ પણ સિદ્ધાંત દ્વારા માન્ય છે, જે તારાઓની અંદર ગુરુત્વાકર્ષણ અને પ્રકાશ દબાણના સંતુલનને ધ્યાનમાં લે છે.