Что такое давление света?
Давление света (давление излучения) — это механическое давление, которое электромагнитное излучение оказывает на поверхность. Фотоны обладают импульсом, поэтому при попадании на тело они «толкают» его. В повседневной жизни этот эффект ничтожно мал, но он играет заметную роль для солнечных парусов, пылинок в космосе, хвостов комет и мощных лазеров. Калькулятор универсален: он опирается только на физические константы и работает в любых условиях.
Как пользоваться калькулятором
Введите интенсивность света \(I\) в ваттах на квадратный метр (Вт/м²) — например, солнечная постоянная вблизи Земли составляет около 1361 Вт/м². Затем укажите тип поверхности: идеально поглощающая или идеально отражающая. Калькулятор покажет давление излучения в паскалях (Н/м²) и суммарную силу, которую это давление создаёт на площади в один квадратный километр.
Разбор формулы
Для идеально поглощающей поверхности весь импульс падающих фотонов передаётся телу:
$$P = \frac{\text{Intensity }I}{c}$$где \(c = 299\,792\,458\) м/с — скорость света. Для идеально отражающей поверхности фотоны меняют направление на противоположное, поэтому передаётся вдвое больший импульс:
$$P = \frac{2\,\text{Intensity }I}{c}$$Реальные поверхности находятся между этими двумя крайностями — всё зависит от коэффициента отражения.
Пример расчёта
Пусть солнечный свет с интенсивностью \(I = 1361\) Вт/м² падает на идеально отражающий солнечный парус. Тогда
$$P = \frac{2 \times 1361}{299\,792\,458} \approx 9{,}08 \times 10^{-6} \text{ Па}$$На площади в один квадратный километр (\(10^6\) м²) это создаёт силу примерно 9,08 Н — небольшую, но действующую непрерывно, поэтому со временем она разгоняет лёгкий парус.
Частые вопросы
Почему у отражающей поверхности давление вдвое больше? Отражённый фотон меняет свой импульс на удвоенную величину (он останавливается и летит обратно), поэтому передаёт вдвое больший импульс, чем при поглощении.
В каких единицах задаётся интенсивность? Интенсивность нужно указывать в Вт/м². Давление получается в паскалях (Н/м²).
Это то же самое, что давление солнечного ветра? Нет. Солнечный ветер — это поток заряженных частиц, а давление излучения здесь создаётся только светом (фотонами).
