ما هو ضغط الإشعاع؟
ضغط الإشعاع هو الضغط الميكانيكي الذي يؤثّر به الإشعاع الكهرومغناطيسي (الضوء) على أي سطح يسقط عليه. وبما أن الفوتونات تحمل كمية حركة، فإنها تدفع كل جسم تصطدم به. ورغم أن هذا التأثير ضئيل جدًا في حياتنا اليومية، إلا أنه يصبح مهمًا في الأشرعة الشمسية، وحبيبات الغبار في الفضاء، وأذناب المذنّبات، والليزر عالي الطاقة. وهذه الحاسبة عامة وشاملة — فهي تعتمد على الثوابت الفيزيائية فقط وتعمل في أي سياق وفي أي مكان.
كيفية استخدام الحاسبة
أدخل شدة الضوء \(I\) بوحدة واط لكل متر مربع (W/m²) — على سبيل المثال، يبلغ الثابت الشمسي بالقرب من الأرض نحو 1361 W/m². ثم اختر ما إذا كان السطح ماصًا تمامًا أم عاكسًا تمامًا. تُظهر لك الأداة قيمة ضغط الإشعاع بوحدة الباسكال (N/m²)، إضافةً إلى القوة الكلية التي يُحدِثها هذا الضغط على مساحة كيلومتر مربع واحد.
شرح المعادلة
في حالة السطح الماص تمامًا، تنتقل كامل كمية حركة الفوتونات الواردة إلى السطح: $$P = \frac{\text{Intensity }I}{c}$$ حيث \(c = 299{,}792{,}458 \ \text{m/s}\) هي سرعة الضوء. أما في حالة السطح العاكس تمامًا، فإن الفوتونات تعكس اتجاهها، وبالتالي يُنقل ضِعف كمية الحركة: $$P = \frac{2\,\text{Intensity }I}{c}$$ أما الأسطح الحقيقية فتقع بين هذين الحدّين تبعًا لمعامل انعكاسها.
مثال محلول
لنفترض أن ضوء الشمس بشدة \(I = 1361 \ \text{W/m}^2\) يسقط على شراع شمسي عاكس تمامًا. عندها يكون $$P = \frac{2 \times 1361}{299{,}792{,}458} \approx 9.08 \times 10^{-6} \ \text{Pa}$$ وعلى مساحة كيلومتر مربع واحد (\(10^6 \ \text{m}^2\))، تنتج عن ذلك قوة تبلغ نحو 9.08 N — وهي قوة صغيرة، لكنها تعمل بشكل مستمر فتُسرّع شراعًا خفيف الوزن مع مرور الوقت.
الأسئلة الشائعة
لماذا يتضاعف الضغط في حالة الانعكاس؟ الفوتون المنعكس تتغير كمية حركته بمقدار ضِعف قيمتها الواردة (فهو يتوقف ثم يرتدّ عائدًا)، ولذلك ينقل دفعًا (اندفاعًا) يساوي ضعف ما ينقله في حالة الامتصاص.
ما الوحدة التي تُقاس بها الشدة؟ يجب أن تكون الشدة بوحدة W/m²، فيخرج الضغط بوحدة الباسكال (N/m²).
هل هذا هو نفسه ضغط الرياح الشمسية؟ لا. الرياح الشمسية تيار من الجسيمات المشحونة، أما ضغط الإشعاع هنا فينتج عن الضوء (الفوتونات) فقط.
