> Энциклопедический словарь Гранат, страница > Световое давление

Световое давление

Световое давление. Если стать на точку зрения Ньютоновой теории истечения, т. е. рассматривать свет какъ ноток частиц, то существование светового давления вполне понятно: летящия со скоростью 300.000 км. в секунду частицы, попадая на какое-нибудь препятствие, должны сообщать ему толчки, которые, слагаясь, вызываютъ давление. Вот почему сторонники теории истечения старались показать это давление на опыте (опыты Фонтенеля, Де-Мейрана и Дю-Фея в XVIII в.); однако это не удалось вследствие несовершенства тогдашней экспериментальной техники. В 60-х гг. XIX в Мак-суэл высказал основание своей электромагнитной теории света, из которой также вытекает св. давление, при чомъ Максуэл вывел величину этого давления: р= Ь-(1 +R).. .. (1), где Е ко-оличество световой энергии, падающей на см2 в течение 1 секунды, С—скорость света, R — коэффициентъ отражения поверхности. Для идеальнаго

„ , 2Е

зеркала 1и=1ир=тг(2), а

для черной поглощающей поверхности

R= 0, р=7Г. (3), т. е. давление О

вдвое меньше: на зеркало давят и падающий и отражены ый луч, а на черную поверхность только падающий, такъ как отраженного нет. По теории испускания, если мы выразим давление через падающую энергию, получаются величины вдвое больше. Къ необходимости светового давления независимым путем пришел и физик Бартоли на основании термодинамических рассуждений (смотрите излучение, XXI, 479/80). Если подсчитать величину давления по (I) для полнаго солнечного света в ясную погоду, то оказывается, она измеряется 0,4 миллиграмма на 1 кв. метръ! Это давление виервьие было измерено П. Н. Лебедевым (сл.). Лебедев пускал светъ от вольтовой дуги на небольшия диски-крылья крутильнаго прибора (фигура 1), подвешенного на тонкой нити внутри стеклянного баллона, откуда был выкачен воздух. Трудность заключалась не столько в малой величине самой измеряемой силы, сколько в устранении побочныхъявле-ний, дававших отклонение крутильнаго прибора значительно большеожидаемого непосредственного действия света; во-первых. если крылышко подвешено не вполне вертикально, что неизбежно, то вследствие его прогре-вания под действием света образуется восходящий ток теплого воздуха, который повернет крутильный прибор в ту или другую сторону, смотря по наклону крыла, т. е. наблюдается то же явление, как в оконном вентиляторе или в вертушке на керосиновой лампе. Для устранения __ этого препятствия из баллона, в котором подвешен прибор, выкачивался воздух; при разрежении токи воздуха (конвекционные), вызванные неравенствомъ температуры, сильно ослабевают; кроме того, освещение производилось по-

Фигура 1.

переменно то с одной стороны крыла, то с другой;таким образом напра вление светового давления менялось, а действие конвекции, обусловленное наклоном крылышка, сохраняло направление; оно прибавлялось в одномъ случае и вычиталось при перемене направления луча. Взявд полусумму отклонений, можно освободиться отъ влияния конвекции. Но, увеличивая разрежение, мы тем самым увеличиваем так - называемый радиометрический эффект, открытый в 70-х годах XIX в Круксом. Радиометрический эффект объясняется тем, что освещенная сторона крыла теплее теневой, и когда молекулы разреженного газа падают на теплую сторону, оне отскакивают с большей скоростью, чем попавшия на холодную теневую: молекулы твердого телаколеблются тем сильнее, чем выше температура, и будут сильнее ударять по газовой молекуле, попавшей на освещенную сторону; при каждом отражении молекулы будетъ иметь место „отдача“, подобная отдаче ружья или орудия, и так как отдача при каждом отражении на теплой стороне больше, чем на холодной, то в результате будет некоторая равнодействующая, направленная по лучу, которая закрутит крутильный прибор. Эта сила в сотни раз больше искомого давления света! Чтобы исключить ее, надо прежде всего уменьшить разницу температуры между освещенной и теневой стороной крылышка, для чего надо брать по возможности юлеф тонкие диски, которые бы скорее прогревались насквозь. А кроме того, исследования показали, что величина радиометрических сил зависитъ от давления газа; увеличиваясь при разрежении, она достигает максимума при некотором давлении, определяемом размерами крылышка и природой окружающого разреженного газа, и спадает при дальнейшем разрежении. Эти предварительные исследования показали Лебедеву, что надо для полного исключения радиометрической силы откачать баллон значительно сильнее, чем это были в состоянии сделать насосы того времени (1900—1901). Это, казалось, непреодолимое затруднение было обойдено Лебедевым следующим приемом: на дно баллона (фигура 2) с крутильнымъ прибором помещалась капелька ртути (а), которая при откачивании прогревалась, пары ртути вытесняли остатки воздуха, потом нагревание сменялось сильным охлаждением ртутного затвора В, отделявшего насос от баллона, пары ртути осаждались, и таким

образом получалось желаемое разрежение, при котором можно было уже измерять световое давление. Измерения вполне оправдали теорию Максуэла; по теории истечения давление при той же падающейэнергиидол- Фигура 2. жно было выйти вдвое больше. После Лебедева к темъ же результатам пришли Никольсъ и Гуль в Америке а также Пойн-тинг, показавший, кроме того, при помощи весьма изящного опыта, что -тело, испускающее лучистую энергию, испытывает отдачу, т. е. давление, направленно в сторону, обрат ную испусканию. Лорд Релей показал, что давление есть общее свойство всякого волнообразного движения; на опыте теория Релея была проверена в лаборатории Лебедева в Москве Капцовым и Альбертом для волн, распространяющихся по поверхности воды, и для волн звуковых. Наконец, Лебедеву же удалось разрешить еще более сложную задачу исследовать давление света на газ; по количественному подсчету эта сила в 100

раз меньше, чем давление на твердое тело; она связана с поглощением света газом, и, чтобы выяснить теоретическую сторону вопроса, Лебедевъ предварительно исследовал действия волн на „схематические молекулы“— резонаторы (смотрите Лебедев). В приборе, окончательно выработанном для измерения давления, свет из С или С освещал газ в Участи В сосуда; световое давление (фигура 3) вызывало движение в газе, и газ давил на поршень А, который был привешенъ к черезвычайно чувствительному крутильному прибору. Вообще очень трудно осветить равномерно часть сосуда В, а вследствие неравномерности освещения возникают сильныя

Фигура 3.

течения—гораздо более сильные, чем появляющияся в результате давления света. Чтобы устранить эго явление, Лебедев подбавлял ко всем испытуемым газам немного водорода, который, благодаря большой теплопроводности, быстро выравнивал нера-венсто температуры, обусловленное неизбежной неравномерностью освещения.