Жарық қысымы

Ереже: Қалыпты түскен сәуле толық жұтылса, оның бетке беретін импульсі энергиясының c-ге қатынасына тең. Бірлік ауданға бірлік уақыттағы импульс p = I/c қысымын береді.

Қолдану: p = 900/(3,0·10⁸) = 3,0·10⁻⁶ Па. Шағылу жоқ болғандықтан екі еселік көбейткіш қолданылмайды; қайта сәулеленуден туатын күш шартта қарастырылмаған.

Қате нұсқалар: A) Қарқындылықтың Вт/м² бірлігі қысымның Па бірлігі емес; импульс ағынына түрлендіру қажет.

B) Бұл идеал шағылдыратын бетке арналған 2I/c өрнегінен шығады; берілген бет жарықты жұтады.

D) Қарқындылықты c-ге көбейту қысымның өлшемін бермейді; оны c-ге бөлу керек.

E) Жұтылған фотондар энергиямен бірге импульс те береді, сондықтан қысым нөл болмайды. Ишара: Толық жұтылу үшін бір фотон бетке E/c импульсін береді.

Ереже: Жарық қысымы энергияның жұтылуымен ғана емес, импульстің берілуімен анықталады. Қалыпты серпімді шағылуда фотонның импульсі +E/c-ден −E/c-ге ауысады.

Қолдану: Жұтатын бет бір фотоннан E/c, ал идеал айна 2E/c импульс алады. Фотон ағындары бірдей болса, қысымдар қатынасы да 2:1 болады.

Қате нұсқалар: A) Қалыпты шағылуда импульс өзгерісіне тек екі еселік көбейткіш кіреді, квадрат емес.

B) Айна энергияны жұтпаса да фотон импульсінің бағытын өзгертеді және күш сезеді.

D) Жұтылуда импульс E/c-ге, кері шағылуда 2E/c-ге өзгереді; бірдей қарқындылық қысымдарды тең етпейді.

E) Кері шағылуда фотон импульсі таңбасын өзгертеді, сондықтан бетке берілген импульс жұтылудағыдан аз емес. Ишара: Фотонның шағылуға дейінгі және кейінгі импульстерін таңбаларымен жаз.

Ереже: Мөлдір емес бетке қалыпты түскен сәуле үшін p = [(1 − R) + 2R]I/c = (1 + R)I/c. R — айнаша шағылған қуат үлесі; қалғаны жұтылады.

Қолдану: R = 0,25 болғандықтан p = 1,25 × 600/(3,0·10⁸) = 2,5·10⁻⁶ Па. Нәтиже толық жұтылудағы 2,0 және толық шағылудағы 4,0 мкПа арасында жатыр.

Қате нұсқалар: A) Бұл барлық жарық идеал шағылғандағы қысым; шартта тек 25% шағылады.

B) Бұл барлық жарық жұтылғандағы қысым; шағылған бөліктің қосымша импульсі ескерілмеген.

C) Тек шағылу үлесінің I/c көбейтіндісін алу жұтылған бөлікті және шағылудағы екі еселікті елемейді.

D) Бұл тек 75% жұтылған жарықтың үлесі; шағылған фотондар да бетке импульс береді. Ишара: Жұтылған және шағылған бөліктердің импульс үлестерін бөлек қос.

Ереже: Жарық қысымы мен жарық күші әртүрлі шамалар: F = pS. Қалыпты түскен сәулені толық шағылдыратын бет үшін p = 2I/c.

Қолдану: p = 2 × 1500/(3,0·10⁸) = 1,0·10⁻⁵ Па. F = pS = 1,0·10⁻⁵ × 0,020 = 2,0·10⁻⁷ Н. Бірліктер: Па·м² = Н. Қысым бірлік ауданға қатысты, ал табылған күш бүкіл жарықтанған айнаға қатысты.

Қате нұсқалар: B) Бұл қысымның паскальмен мәні; күшті табу үшін айна ауданына көбейту керек.

C) Бұл толық жұтатын бетке арналған күш; идеал шағылуда күш екі есе үлкен.

D) Қысымды ауданға бөлу дұрыс емес; F = pS қатынасы қолданылады.

E) 30 Вт — айнаға түсетін оптикалық қуат; оның сандық мәні күшке тең емес. Ишара: Алдымен қысымды, содан кейін берілген ауданға әсер ететін күшті есепте.

Ереже: Толық шағылған қалыпты шоқ үшін F = pS = (2I/c)S = 2P/c. Егер толық түсетін қуат белгілі болса, күшке аудан керек емес, ал қысымға аудан қажет.

Қолдану: P = 12 Вт болғандықтан F = 24/(3,0·10⁸) = 8,0·10⁻⁸ Н. Шоқтың бүкіл қуаты айнаға түсуі шартта нақты айтылған, сондықтан жасырын геометриялық дерек жоқ.

Қате нұсқалар: A) Оптикалық қуатты күшке теңестіру өлшемдік тұрғыдан қате: ватт пен ньютон әртүрлі бірліктер.

B) Шоқ толық ұсталғандықтан P — бетке түсетін толық қуат; F = 2P/c формуласында аудан қысқарады.

C) Толық ұсталған берілген қуатта күш ауданға тәуелсіз; аудан қысымның таралуына әсер етеді.

E) Аудан қажет емес дегені дұрыс, бірақ P/c толық жұтуға арналған; айна үшін 2P/c қажет. Ишара: Қарқындылық пен толық қуаттың I = P/S байланысын пайдаланып ауданды қысқарт.