早在上個世紀,科學家們就想在航天器上安裝面積很大的“風帆”,利用太陽系中的“太陽風”的作用來改變航天器的運行軌道,使航天器能夠自由地遨游于太陽系中。實際上,所謂“太陽風”對“風帆”的作用,就是太陽輻射出的大量光子不斷撞擊被照射物體的表面,對被照射物體的表面產生的持續的壓力,這種壓力稱為光壓。根據量子理論,每個光子的動量p=h /λ(式中的h為普朗克常量,λ為光子的波長),不論光子被物體吸收還是被物體表面反射,光子的動量都發生了改變,從而產生光壓。若已知太陽光的平均波長為λ,太陽光垂直照射在長為L,寬為l的矩形風帆上,然后全部光子被反射,單位時間內垂直于太陽光傳播方向的單位面積上通過的光子個數為n,真空中光速為c,求該風帆上所受的光壓。
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早在上個世紀,科學家們就想在航天器上安裝面積很大的“風帆”,利用太陽系中的“太陽風”的作用來改變航天器的運行軌道,使航天器能夠自由地遨游于太陽系中。實際上,所謂“太陽風”對“風帆”的作用,就是太陽輻射出的大量光子不斷撞擊被照射物體的表面,對被照射物體的表面產生的持續的壓力,這種壓力稱為光壓。根據量子理論,每個光子的動量p=h /λ(式中的h為普朗克常量,λ為光子的波長),不論光子被物體吸收還是被物體表面反射,光子的動量都發生了改變,從而產生光壓。若已知太陽光的平均波長為λ,太陽光垂直照射在長為L,寬為l的矩形風帆上,然后全部光子被反射,單位時間內垂直于太陽光傳播方向的單位面積上通過的光子個數為n,真空中光速為c,求該風帆上所受的光壓。 解:時間t秒內垂直于太陽光傳播方向的單位面積上通過的光子個數為nt,入射光子的總動量p= nt h /λ,反射光子的總動量p= -nt h /λ,設風帆上所受的光壓為F,由動量定理得:對光子:-Ft=-ntLl h /λ-ntLl h /λ F=2nLl h /λ。