Tlak elektromagnetskog zra?enja

Izvor: Wikipedija
Prijeđi na navigaciju Prijeđi na pretragu
Komet Hale-Bopp : utjecaji tlaka elektromagnetskog zra?enja i sun?evog vjetra na repove pra?ine i plina jasno se vide.
Sun?eva jedrilica je predlagan oblik pogona svemirskih letjelica, gdje bi tlak elektromagnetskog zra?enja Sunca slu?io za pogon

Tlak elektromagnetskog zra?enja ili tlak svetlosti je tlak koji priti??e povr?inu izlo?enu elektromagnetskom zra?enju . Svetlost vr?i fizi?ki pritisak na predmete na svom putu. Ovaj fenomen se mo?e izvesti iz Maksvelovih jedna?ina , mada se mo?e jednostavnije objasniti ?esti?nom prirodom svetlosti: fotoni se sudaraju sa materijom i prenose svoj momenat .

Ako ga povr?ina upije, onda je tlak svetlosti jednak snazi svetlosnog zraka podeljenoj sa c , brzinom svetlosti.   Ako je zra?enje potpuno odbijeno (reflektirano), onda je tlak elektromagnetskog zra?enja dvostruk. Tako na primjer, Sun?evo zra?enje ima snagu 1370 W/m 2 , pa je onda tlak elektromagnetskog zra?enja 4,6 x 10 -6 Pa (upijeno).

Usled velike magnitude brzine c , efekat pritiska svetlosti je zanemarljiv u kontekstu svakodnevnih objekata.   Na primer, laserski pointer snage jednog milivata vr?i silu od oko 3,3 piko njutna na osvetljeni objekat; stoga je u principu mogu?e podignuti nov?i? od jedne US cente pomo?u laserskih pointera, ali je za to neophodno upotrebiti oko 30 milijardi pointera snage 1 mW. [1]   Za razliku od toga, u aplikacijama na nanometarskoj skali, kao ?to su nanoelektromehani?ki sistemi (NEMS), efekat pritiska svetla mo?e da bude zna?ajan, i stoga se istra?uje mogu?a eksploatacija pritiska svetlosti kao pogonske sile NEMS mehanizama i fizi?kih prekida?a nanometarske veli?ine u integrisanim kolima. [2]

Na ve?im razmerama, pritisak svetlosti mo?e da uzrokuje ubrzavanje obrtanja asteroida , [3] putem delovanja na njihove iregularne oblike poput lopatica na vetrenja?i .   Mogu?nost pravljenja solarnih jedara koja bi pokretala svemirske brodove se takođe istra?uje. [4] [5]

Otkri?e

[ uredi | uredi kod ]

Svetlosni pritisak je prvi opisao J. Kepler (1619.) tuma?e?i za?to je rep kometa uvijek usmjeren popre?no (radijalno) od Sunca. [6] Efekat da elektromagnetsko zra?enje vr?i tlak na izlo?enu povr?inu je teoretski predvidio James Clerk Maxwell 1871. Ruski fizi?ar P. N. Lebedev prvi je pokusom dokazao postojanje postojanje tlaka zra?enja (1899.) i izmjerio njegovo djelovanje na molekule plina (1909.), [6] a potom i drugi znanstvenici. [7] Tlak je jako slab, ali se mo?e otkriti sa osjetljivim i uravnote?enim vjetrokazom, koji se sastoji od reflektivnog metala u Nicholsovom radiometru.

Mada je kretanje Kruksovog radiometra originalno pripisivano pritisku svetlosti, ta interpretacija nije korektna; karakteristi?na Kruksova rotacija je posledica nepotpunog vakuuma. [8] S druge strane, kod Nikolsovog radiometra gde je je blago pomeranje uzrokovano momentom (mada je to nedovoljno za potpunu rotaciju uz prevladavanje sile trenja) je direktna posledica pritiska svetlosti. [9]

Osnove formule

[ uredi | uredi kod ]

Kod toplinskog zra?enja crnog tijela, kada je u ravnote?i sa ozra?enom povr?inom, gusto?a energije je prema Stefan-Boltzmannovom zakonu jednaka to 4σT 4 /c; gdje je ' σ - Stefan-Boltzmannova konstanta, c je brzina svjetlosti u vakuumu i T je apsolutna temperatura .

Tlak u međuplanetarnom prostoru

[ uredi | uredi kod ]

Tlak elektromagnetskog zra?enja je oko 4,6 x 10 -6 Pa, na udaljenosti Zemlje od Sunca i smanjuje se kvadratom udaljenosti od Sunca. Iako je taj tlak vrlo malen u usporedbi sa kemijskim raketnim pogonima, on se ipak mo?e primjeniti i nije potrebno gorivo. Ako bi se primjenio na putovanju od Zemlje do Plutona , trebalo bi samo 25 ? 50 % vi?e vremena od kemijskih svemirskih letjelica .

Tablica tlaka elektromagnetskog zra?enja
AJ = Astronomska jedinica μPa (μN/m²) N/km² lbf/mi²
0,10 AJ = Blizu Sunca 915 915 526
0,46 AJ = Merkur 43,3 43,3 24,9
0.72 AJ = Venera 17,7 17,7 10,2
1,00 AJ = Zemlja 9,15 9,15 5,26
1,52 AJ = Mars 3,96 3,96 2,28
5,22 AJ = Jupiter 0,34 0,34 0,19

Tablica pokazuje da je sila ubrzanja dosta velika u blizini Sunca, a u blizini Jupitera vrlo slaba. Ve?ina sondi koje su putovale u blizinu Sunca su bile gurane prema vani zbog tog tlaka. Osim toga, smatra se da je tlaka elektromagnetskog zra?enja dosta utjecao na razvoj vanjskih prstenova na Saturnu.

Iznos tlaka elektromagnetskog zra?enja

[ uredi | uredi kod ]

Prosje?ni iznos elektromagnetskog zra?enja na neku povr?inu, podijeljen sa brzinom svjetla daje iznos tlaka elektromagnetskog zra?enja:

U unutra?njosti zvijezda

[ uredi | uredi kod ]

U jezgri zvijezda superdivova je temperature oko 1 GK, pa tlaka elektromagnetskog zra?enja je prili?no zna?ajan za oblikovanje zvijezda. [10]

Sun?eva jedrilica

[ uredi | uredi kod ]

Sun?eva jedrilica je predlagan oblik pogona svemirskih letjelica, gdje bi tlak elektromagnetskog zra?enja Sunca, slu?io za pogon. Ideju je predlagao ruski znanstvenik Friedrich Zander 1924. Svemirska letjelica Cosmos 1 je trebala koristiti taj pogon. Japanska svemirska agencija JAXA je uspjela razviti Sun?evo jedro i koristila ga je na letjelici IKAROS.

Izvori

[ uredi | uredi kod ]
  1. Tang, Hong (1 October 2009). ?May The Force of Light Be With You” . IEEE Spectrum 46 (10): 46?51. DOI : 10.1109/MSPEC.2009.5268000 .  
  2. See, for example, nano-opto-mechanical systems research at Yale University .
  3. Kathy A. (2004-02-05). ?Asteroids Get Spun By the Sun” . Discover Magazine .  
  4. ?Solar Sails Could Send Spacecraft 'Sailing' Through Space” . NASA . 2004-08-31. Arhivirano iz originala na datum 2012-10-21 . Pristupljeno 2020-08-25 .  
  5. ?NASA team successfully deploys two solar sail systems” . NASA . 2004-08-09. Arhivirano iz originala na datum 2012-06-14 . Pristupljeno 2020-08-25 .  
  6. 6,0 6,1 radijacijski tlak (svjetlosni tlak) , [1] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krle?a, www.enciklopedija.hr, 2019.
  7. P. Lebedev, 1901, "Untersuchungen uber die Druckkrafte des Lichtes", Annalen der Physik, 1901
  8. P. Lebedev, Untersuchungen uber die Druckkrafte des Lichtes, Ann. Phys. 6, 433 (1901).
  9. Nichols, E.F; Hull, G.F. (1903). ?The Pressure due to Radiation” . The Astrophysical Journal 17 (5): 315?351. Bibcode 1903ApJ....17..315N . DOI : 10.1086/141035 .  
  10. Dale A. Ostlie i Bradley W. Carroll, An Introduction to Modern Astrophysics (2. izd.), Pearson, San Francisco, 2007, str. 341.

Vidi jo?

[ uredi | uredi kod ]