आज हम हल्के दबाव जैसी घटना पर बातचीत करेंगे। खोज के परिसर और विज्ञान के परिणामों पर विचार करें।
प्रकाश और रंग
मानव क्षमताओं के रहस्य ने प्राचीन काल से लोगों को चिंतित किया है। आंख कैसे देखती है? रंग क्यों मौजूद हैं? क्या कारण है कि दुनिया वैसी है जैसी हम उसे देखते हैं? एक व्यक्ति कितनी दूर देख सकता है? 17वीं शताब्दी में न्यूटन द्वारा सौर किरण के स्पेक्ट्रम में अपघटन के प्रयोग किए गए। उन्होंने कई असमान तथ्यों के लिए एक सख्त गणितीय आधार भी रखा, जो उस समय प्रकाश के बारे में जाने जाते थे। और न्यूटोनियन सिद्धांत ने बहुत कुछ भविष्यवाणी की: उदाहरण के लिए, ऐसी खोजें जिन्हें केवल क्वांटम भौतिकी ने समझाया (गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में प्रकाश का विक्षेपण)। लेकिन उस समय के भौतिकी को प्रकाश की सटीक प्रकृति का पता नहीं था और न ही समझ में आया था।
लहर या कण
जब से दुनिया भर के वैज्ञानिकों ने प्रकाश के सार में प्रवेश करना शुरू किया है, एक बहस छिड़ गई है: विकिरण, तरंग या कण (कॉर्पसकल) क्या है? कुछ तथ्यों (अपवर्तन, प्रतिबिंब और ध्रुवीकरण) ने पहले सिद्धांत की पुष्टि की। अन्य (बाधाओं की अनुपस्थिति में सीधा प्रसार, हल्का दबाव) - दूसरा। हालाँकि, केवल क्वांटम भौतिकी दो संस्करणों को एक में जोड़कर इस विवाद को शांत करने में सक्षम थी।आम। कणिका-तरंग सिद्धांत में कहा गया है कि फोटॉन सहित किसी भी माइक्रोपार्टिकल में तरंग और कण दोनों के गुण होते हैं। यही है, प्रकाश की मात्रा में आवृत्ति, आयाम और तरंग दैर्ध्य, साथ ही गति और द्रव्यमान जैसी विशेषताएं होती हैं। आइए तुरंत आरक्षण करें: फोटॉन में कोई आराम द्रव्यमान नहीं होता है। विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र की मात्रा होने के कारण, वे केवल गति की प्रक्रिया में ऊर्जा और द्रव्यमान ले जाते हैं। यह "प्रकाश" की अवधारणा का सार है। भौतिकी ने अब इसे पर्याप्त विस्तार से समझाया है।
तरंग दैर्ध्य और ऊर्जा
थोड़ा ऊपर "तरंग ऊर्जा" की अवधारणा का उल्लेख किया गया था। आइंस्टीन ने दृढ़ता से साबित कर दिया कि ऊर्जा और द्रव्यमान समान अवधारणाएं हैं। यदि एक फोटॉन ऊर्जा वहन करता है, तो उसका द्रव्यमान होना चाहिए। हालांकि, प्रकाश की मात्रा एक "चालाक" कण है: जब एक फोटॉन एक बाधा से टकराता है, तो यह पूरी तरह से अपनी ऊर्जा को पदार्थ में छोड़ देता है, बन जाता है और अपना व्यक्तिगत सार खो देता है। उसी समय, कुछ परिस्थितियों (उदाहरण के लिए, मजबूत हीटिंग) धातुओं और गैसों के पहले के अंधेरे और शांत अंदरूनी हिस्से को प्रकाश का उत्सर्जन करने का कारण बन सकती हैं। एक फोटॉन की गति, द्रव्यमान की उपस्थिति का प्रत्यक्ष परिणाम, प्रकाश के दबाव का उपयोग करके निर्धारित किया जा सकता है। रूस के एक शोधकर्ता लेबेदेव के प्रयोगों ने इस आश्चर्यजनक तथ्य को पक्का साबित कर दिया।
लेबेदेव का प्रयोग
रूसी वैज्ञानिक पेट्र निकोलाइविच लेबेदेव ने 1899 में निम्नलिखित प्रयोग किया। एक पतले चांदी के धागे पर उसने एक क्रॉसबार लटका दिया। क्रॉसबार के सिरों तक, वैज्ञानिक ने एक ही पदार्थ की दो प्लेटों को जोड़ा। ये चाँदी की पन्नी, और सोना, और यहाँ तक कि अभ्रक भी थे। इस प्रकार, एक प्रकार के तराजू बनाए गए।केवल उन्होंने भार को उस भार से नहीं मापा जो ऊपर से दबाता है, बल्कि उस भार का जो प्रत्येक प्लेट पर एक तरफ से दबाता है। लेबेदेव ने इस पूरे ढांचे को एक कांच के आवरण के नीचे रखा ताकि हवा और हवा के घनत्व में यादृच्छिक उतार-चढ़ाव इसे प्रभावित न कर सकें। इसके अलावा, मैं यह लिखना चाहूंगा कि उसने ढक्कन के नीचे एक वैक्यूम बनाया। लेकिन उस समय एक औसत शून्य भी हासिल करना असंभव था। तो हम कहते हैं कि उन्होंने कांच के आवरण के नीचे एक बहुत ही दुर्लभ वातावरण बनाया। और बारी-बारी से एक प्लेट को रोशन किया, दूसरी को छाया में छोड़ दिया। सतहों पर निर्देशित प्रकाश की मात्रा पूर्व निर्धारित थी। विक्षेपण कोण से, लेबेदेव ने निर्धारित किया कि किस संवेग ने प्रकाश को प्लेटों तक पहुँचाया।
सामान्य बीम घटना पर विद्युत चुम्बकीय विकिरण के दबाव को निर्धारित करने के लिए सूत्र
आइए पहले समझाते हैं कि "सामान्य गिरावट" क्या है? प्रकाश एक सतह पर सामान्य रूप से आपतित होता है यदि इसे सतह पर सख्ती से लंबवत निर्देशित किया जाता है। यह समस्या पर प्रतिबंध लगाता है: सतह पूरी तरह से चिकनी होनी चाहिए, और विकिरण किरण को बहुत सटीक रूप से निर्देशित किया जाना चाहिए। इस मामले में, प्रकाश दबाव की गणना सूत्र द्वारा की जाती है:
p=(1-k+ρ)I/c, कहां
k संप्रेषण है, परावर्तन गुणांक है, I आपतित प्रकाश पुंज की तीव्रता है, c निर्वात में प्रकाश की गति है।
लेकिन, शायद, पाठक ने पहले ही अनुमान लगा लिया है कि कारकों का ऐसा आदर्श संयोजन मौजूद नहीं है। भले ही आदर्श सतह को ध्यान में न रखा जाए, लेकिन प्रकाश के आपतन को सख्ती से लंबवत व्यवस्थित करना मुश्किल है।
सूत्रों के लिएकोण पर गिरने पर विद्युत चुम्बकीय विकिरण के दबाव का निर्धारण
एक कोण पर दर्पण की सतह पर प्रकाश के दबाव की गणना एक अलग सूत्र का उपयोग करके की जाती है जिसमें पहले से ही वैक्टर के तत्व होते हैं:
p=ω ((1-k)i+ρi')क्योंकि ϴ
मान p, i, i' सदिश हैं। इस मामले में, k और, पिछले सूत्र की तरह, क्रमशः संचरण और प्रतिबिंब गुणांक हैं। नए मूल्यों का अर्थ निम्नलिखित है:
- ω - विकिरण ऊर्जा का आयतन घनत्व;
- i और i' इकाई सदिश हैं जो घटना की दिशा और प्रकाश की परावर्तित किरण को दिखाते हैं (वे दिशा निर्धारित करते हैं जिसमें अभिनय बलों को जोड़ा जाना चाहिए);
- ϴ - सामान्य से कोण जिस पर प्रकाश किरण गिरती है (और, तदनुसार, परावर्तित होती है, क्योंकि सतह प्रतिबिंबित होती है)।
पाठक को याद दिलाएं कि अभिलंब सतह के लंबवत है, इसलिए यदि समस्या को सतह पर प्रकाश के आपतन कोण दिया जाता है, तो ϴ दिए गए मान से 90 डिग्री घटा होता है।
विद्युत चुम्बकीय विकिरण दबाव घटना का अनुप्रयोग
भौतिकी का अध्ययन करने वाले छात्र को कई सूत्र, अवधारणाएं और घटनाएं उबाऊ लगती हैं। क्योंकि, एक नियम के रूप में, शिक्षक सैद्धांतिक पहलुओं को बताता है, लेकिन शायद ही कभी कुछ घटनाओं के लाभों का उदाहरण दे सकता है। आइए इसके लिए स्कूल के आकाओं को दोष न दें: वे कार्यक्रम द्वारा बहुत सीमित हैं, पाठ के दौरान आपको व्यापक सामग्री बताने की जरूरत है और अभी भी छात्रों के ज्ञान की जांच करने के लिए समय है।
फिर भी, हमारे अध्ययन का उद्देश्य बहुत कुछ हैदिलचस्प अनुप्रयोग:
- अब लगभग हर छात्र अपने शिक्षण संस्थान की प्रयोगशाला में लेबेदेव के प्रयोग को दोहरा सकता है। लेकिन तब सैद्धांतिक गणना के साथ प्रयोगात्मक डेटा का संयोग एक वास्तविक सफलता थी। पहली बार 20% त्रुटि के साथ किए गए प्रयोग ने दुनिया भर के वैज्ञानिकों को भौतिकी की एक नई शाखा - क्वांटम ऑप्टिक्स विकसित करने की अनुमति दी।
- लेजर पल्स के साथ पतली फिल्मों को तेज करके उच्च-ऊर्जा प्रोटॉन (उदाहरण के लिए, विभिन्न पदार्थों के विकिरण के लिए) का उत्पादन।
- उपग्रहों और अंतरिक्ष स्टेशनों सहित, निकट-पृथ्वी की वस्तुओं की सतह पर सूर्य के विद्युत चुम्बकीय विकिरण के दबाव को ध्यान में रखते हुए, आप उनकी कक्षा को अधिक सटीकता के साथ सही कर सकते हैं और इन उपकरणों को पृथ्वी पर गिरने से रोक सकते हैं।
उपरोक्त एप्लिकेशन अब वास्तविक दुनिया में मौजूद हैं। लेकिन ऐसे संभावित अवसर भी हैं जिन्हें अभी तक महसूस नहीं किया गया है, क्योंकि मानव जाति की तकनीक अभी तक आवश्यक स्तर तक नहीं पहुंच पाई है। उनमें से:
- सौर पाल। इसकी मदद से, पृथ्वी के निकट और यहां तक कि निकट-सौर अंतरिक्ष में काफी बड़े भार को स्थानांतरित करना संभव होगा। प्रकाश एक छोटा सा आवेग देता है, लेकिन पाल की सतह की सही स्थिति के साथ, त्वरण स्थिर रहेगा। घर्षण की अनुपस्थिति में, सौर मंडल में गति प्राप्त करने और माल को वांछित बिंदु तक पहुंचाने के लिए पर्याप्त है।
- फोटोनिक इंजन। यह तकनीक, शायद, किसी व्यक्ति को अपने ही सितारे के आकर्षण को दूर करने और दूसरी दुनिया में उड़ान भरने की अनुमति देगी। सौर पाल से अंतर यह है कि एक कृत्रिम रूप से निर्मित उपकरण, उदाहरण के लिए, एक थर्मोन्यूक्लियर, सौर दालों को उत्पन्न करेगा।इंजन।
