都說有光壓,為什麼陽光曬在臉上除了有點熱,別的啥感覺都沒有?
光有光壓嗎?我們為何感覺不到?
也許是我們的臉不夠大,所以感覺不到光壓!而事實上也是如此,因為光壓是光子衝擊在物體表面所產生的,儘管在每一秒都有無數光子衝擊,但因其產生的動力實在太小,所以我們難以感受到!
一、光為什麼有光壓?
儘管光子是沒有靜止質量,但光子具有能量,根據相對論質能公式,光子是具有動質量的,因此這個轟擊在物體表面時相應會產生推力!假設單色光頻率為υ,那麼
單光子的動量:p"= hυ/c
如果垂直照射在物體表面的能量為E/平方米,那麼光子數總量為:
N=E/(hυ)
該物體所受到動量則為:
N·p=E/c
如果該物體表面為全反射,那麼動量則為:
p=2E/c
當然各位也可以想像出來,c是光速,無論多大的能量,在光速面前就是小兒科啦,況且太陽光的能量密度並不是那麼高!
二、光壓有多大?
儘管光壓很小,但總有一個數值吧,這個值有多大呢?早在十九世紀中葉,麥克斯韋就計算出太陽照射在地面黑體上產生的光壓為p=5×10^-6N/m^2
當然要注意下的是這個位置哦,地球在距離太陽約1.5億千米的軌道上,太陽能的效率和距離是密切相關的,因此距離太陽越遠則太陽光的能量密度越低,其產生的光壓也越低!
因此無論從理論還是實際,光壓都是存在的,而且可以被利用!因此光帆或者太陽帆都已經被提出而且也有在測試,因為全反射的光壓×2,因此光帆表面呈高反射表面是肯定的!
三、地球受到的光壓有多大?
可能很多朋友第一個就想到了地球的表面積/2再乘以單位面積的光壓,其實錯了,因為對於光壓來說地球就是一個平面,無所謂球或者其他形狀,只要截面積一樣,那麼總的壓力是一致的!
S=πR^2=127476090945447.7平方米
p"=637380454.7N
看起來這是一個極其龐大的數字,但對於地球5.965×10^24KG的質量來說,簡直就是一個微不足道到的動力,當然這個力仍然會改變地球的軌道,那這不如太陽每秒損失的質量導致地球軌道變化更大,後期太陽的紅巨星時質量丟失地球會距離更遠,而更遙遠的白矮星時代則會達到極限,再往後,太陽與地球質量都不會再發生大的變化,公轉軌道將會趨於平衡!
四,假如要感受到光壓,我們的臉得多大?
假如你能敏銳的感受到千分之一牛頓的話,那麼您的臉至少需要
S=1/p=200平方米
大約需要8M直徑左右才能達到這個值,看來地球上沒有任何一種動物的臉能達到這層次,所以各位想要感受光壓就算了,還是設置實驗驗證下算了!
※上海中心大廈的抗風防震阻尼設計在哪裡?也許大家都猜錯了!
※黑洞能吞了中子星嗎?畢竟中子星密度高達每立方厘米1億噸以上!
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