太陽光照射到物體上,會對物體產生壓力嗎?
探索
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當然會的,這種壓力叫做「光壓」,太陽光直射黑色地面(100%吸收率)時,在每平方米面積上,產生的壓力大約是0.000005N。
在量子力學中,光可以看做一個一個的光子, 光子擁有相對論質量m和動量p,分別為:
m=E/c^2=hυ/c^2;
P=h/λ=hυ/c;
並且光子也遵循質能守恆和動量守恆,我們試想,一束光垂直照射到黑色物體上被完全吸收,那麼原先光子攜帶的動量,必定也被物體吸收了;從動量守恆的角度來看,光子必定給了物體一個衝量,然後對物體產生一個壓力。
這就是「光壓」的微觀解釋,如果物體不是吸收光子,而是全反射光子,那麼物體不止要吸收原先光子的動量,還要給反射回去的光子提供反方向動量,對物體造成的光壓也將翻倍。
關於光壓p的計算,可以用經典電磁理論,也可以用量子力學:
P=S/c;
其中S為電磁場中的能流密度矢量(坡印亭矢量)。
光壓在實際中也有應用,比如科學家正在研製的太陽帆飛船,就是利用反射太陽光獲得「光壓」,來給飛船提供前進的動力;據估算,一張數平方千米的太陽帆,可為飛船提供10^-5~10^-3g的加速度。
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