Leo tutatoa mazungumzo kwa jambo kama shinikizo nyepesi. Zingatia misingi ya ugunduzi na matokeo ya sayansi.
Nuru na rangi
Fumbo la uwezo wa binadamu limewatia watu wasiwasi tangu zamani. Jicho linaonaje? Kwa nini rangi zipo? Je, ni sababu gani kwamba ulimwengu ni jinsi tunavyouona? Mtu anaweza kuona umbali gani? Majaribio ya mtengano wa mionzi ya jua kwenye wigo yalifanywa na Newton katika karne ya 17. Pia aliweka msingi madhubuti wa hisabati kwa ukweli kadhaa tofauti ambao wakati huo ulijulikana juu ya nuru. Na nadharia ya Newton ilitabiri mengi: kwa mfano, uvumbuzi ambao fizikia ya quantum pekee ilielezea (kupotosha kwa mwanga kwenye uwanja wa mvuto). Lakini fizikia ya wakati huo haikujua na haikuelewa asili halisi ya mwanga.
Tikisa au chembe
Tangu wanasayansi kote ulimwenguni waanze kupenya ndani ya kiini cha mwanga, kumekuwa na mjadala: mionzi, wimbi au chembe (corpuscle) ni nini? Baadhi ya ukweli (refraction, reflection and polarization) ulithibitisha nadharia ya kwanza. Wengine (uenezi wa rectilinear kwa kutokuwepo kwa vikwazo, shinikizo la mwanga) - pili. Walakini, ni fizikia ya quantum pekee iliyoweza kutuliza mzozo huu kwa kuchanganya matoleo hayo mawili kuwa moja.ujumla. Nadharia ya corpuscular-wave inasema kwamba microparticle yoyote, ikiwa ni pamoja na photon, ina sifa zote za wimbi na chembe. Hiyo ni, quantum ya mwanga ina sifa kama vile frequency, amplitude na wavelength, pamoja na kasi na wingi. Wacha tuhifadhi mara moja: fotoni hazina misa ya kupumzika. Kwa kuwa quantum ya uwanja wa umeme, hubeba nishati na misa tu katika mchakato wa harakati. Hiki ndicho kiini cha dhana ya "mwanga". Fizikia sasa imeeleza kwa kina vya kutosha.
Urefu wa mawimbi na nishati
Hapo juu kidogo dhana ya "nishati ya mawimbi" ilitajwa. Einstein alithibitisha kwa hakika kwamba nishati na wingi ni dhana zinazofanana. Ikiwa photon hubeba nishati, lazima iwe na wingi. Hata hivyo, quantum ya mwanga ni chembe ya "ujanja": wakati photon inapogongana na kikwazo, inatoa kabisa nishati yake kwa suala, inakuwa na kupoteza asili yake binafsi. Wakati huo huo, hali fulani (inapokanzwa kali, kwa mfano) inaweza kusababisha mambo ya ndani ya giza na ya utulivu ya metali na gesi kutoa mwanga. Kasi ya photon, matokeo ya moja kwa moja ya kuwepo kwa wingi, inaweza kuamua kwa kutumia shinikizo la mwanga. Majaribio ya Lebedev, mtafiti kutoka Urusi, yalithibitisha kwa hakika ukweli huu wa kushangaza.
Jaribio la Lebedev
Mwanasayansi wa Urusi Petr Nikolaevich Lebedev mnamo 1899 alifanya jaribio lifuatalo. Juu ya uzi mwembamba wa fedha alitundika mwamba. Hadi mwisho wa upau, mwanasayansi aliunganisha sahani mbili za dutu moja. Hizi zilikuwa foil za fedha, na dhahabu, na hata mica. Kwa hivyo, aina ya mizani iliundwa. Ni wao tu walipima uzito sio wa mzigo unaoshinikiza kutoka juu, lakini wa mzigo unaoshinikiza kutoka upande kwenye kila sahani. Lebedev aliweka muundo huu wote chini ya kifuniko cha glasi ili upepo na mabadiliko ya nasibu katika msongamano wa hewa usiweze kuathiri. Zaidi ya hayo, ningependa kuandika kwamba aliunda utupu chini ya kifuniko. Lakini wakati huo, hata utupu wa wastani haukuwezekana kufikia. Kwa hiyo tunasema kwamba aliunda hali ya nadra sana chini ya kifuniko cha kioo. Na kwa njia nyingine angaza sahani moja, na kuacha nyingine katika kivuli. Kiasi cha mwanga kilichoelekezwa kwenye nyuso kiliamuliwa mapema. Kutoka kwa pembe ya mchepuko, Lebedev alibainisha ni mwendo gani ulipeleka mwanga kwenye bati.
Mfumo wa kubainisha shinikizo la mionzi ya sumakuumeme katika matukio ya kawaida ya miale
Hebu kwanza tueleze " anguko la kawaida" ni nini? Mwanga ni tukio juu ya uso kawaida kama ni kuelekezwa madhubuti perpendicular kwa uso. Hii inaweka vikwazo juu ya tatizo: uso lazima uwe laini kabisa, na boriti ya mionzi lazima ielekezwe kwa usahihi sana. Katika kesi hii, shinikizo la mwanga huhesabiwa kwa fomula:
p=(1-k+ρ)I/c, wapi
k ni upitishaji hewa, ρ ni kigawo cha kuakisi, mimi ni uzito wa miale ya tukio, c ni kasi ya mwanga katika utupu.
Lakini, pengine, msomaji tayari amekisia kuwa mchanganyiko bora kama huu wa mambo haupo. Hata kama uso unaofaa hauzingatiwi, ni vigumu kupanga matukio ya mwanga kwa ukamilifu.
Mfumo wakubainisha shinikizo la mionzi ya sumakuumeme inapoanguka kwa pembe
Shinikizo la mwanga kwenye uso wa kioo kwenye pembe huhesabiwa kwa fomula tofauti ambayo tayari ina vipengele vya vekta:
p=ω ((1-k)i+ρi’)cos ϴ
Thamani p, i, i' ni vekta. Katika kesi hii, k na ρ, kama ilivyo katika fomula iliyopita, ni mgawo wa maambukizi na uakisi, mtawaliwa. Thamani mpya zinamaanisha yafuatayo:
- ω - msongamano wa ujazo wa nishati ya mionzi;
- i na i’ ni vekta za kitengo zinazoonyesha mwelekeo wa tukio na miale ya mwanga inayoakisi (huweka maelekezo ambayo nguvu za kaimu zinapaswa kuongezwa);
- ϴ - pembe kwa kawaida ambapo miale ya mwanga huangukia (na, ipasavyo, inaakisiwa, kwa kuwa uso umeakisiwa).
Mkumbushe msomaji kwamba kawaida ni sawa na uso, kwa hivyo ikiwa tatizo limepewa angle ya matukio ya mwanga kwenye uso, basi ϴ ni digrii 90 kuondoa thamani iliyotolewa.
Utumiaji wa shinikizo la mionzi ya kielektroniki
Mwanafunzi anayesoma fizikia huona fomula nyingi, dhana na matukio ya kuchosha. Kwa sababu, kama sheria, mwalimu huambia mambo ya kinadharia, lakini mara chache anaweza kutoa mifano ya faida za matukio fulani. Wacha tusiwalaumu washauri wa shule kwa hili: wamepunguzwa sana na programu, wakati wa somo unahitaji kusema nyenzo za kina na bado una wakati wa kuangalia maarifa ya wanafunzi.
Hata hivyo, lengo la utafiti wetu lina mengimaombi ya kuvutia:
- Sasa karibu kila mwanafunzi katika maabara ya taasisi yake ya elimu anaweza kurudia jaribio la Lebedev. Lakini basi bahati mbaya ya data ya majaribio na mahesabu ya kinadharia ilikuwa mafanikio ya kweli. Jaribio hilo, lililofanywa kwa mara ya kwanza kwa hitilafu ya 20%, liliruhusu wanasayansi kote ulimwenguni kuunda tawi jipya la fizikia - quantum optics.
- Uzalishaji wa protoni zenye nishati nyingi (kwa mfano, kwa ajili ya kuangazia vitu mbalimbali) kwa kuharakisha filamu nyembamba kwa mpigo wa leza.
- Kwa kuzingatia shinikizo la mionzi ya sumakuumeme ya Jua kwenye uso wa vitu vilivyo karibu na Dunia, ikijumuisha setilaiti na vituo vya angani, hukuruhusu kurekebisha mzunguko wao kwa usahihi zaidi na huzuia vifaa hivi visianguke Duniani.
Programu zilizo hapo juu zinapatikana sasa katika ulimwengu halisi. Lakini pia kuna fursa zinazowezekana ambazo bado hazijafikiwa, kwa sababu teknolojia ya wanadamu bado haijafikia kiwango kinachohitajika. Miongoni mwao:
- Matanga ya jua. Kwa msaada wake, itawezekana kuhamisha mizigo mikubwa kabisa karibu na Dunia na hata karibu na nafasi ya jua. Mwanga hutoa msukumo mdogo, lakini kwa nafasi sahihi ya uso wa meli, kuongeza kasi itakuwa mara kwa mara. Kwa kukosekana kwa msuguano, inatosha kupata kasi na kufikisha bidhaa hadi mahali unapotaka kwenye mfumo wa jua.
- Injini ya picha. Teknolojia hii, labda, itamruhusu mtu kushinda mvuto wa nyota yake mwenyewe na kuruka kwa ulimwengu mwingine. Tofauti kutoka kwa meli ya jua ni kwamba kifaa kilichoundwa kwa njia ya bandia, kwa mfano, thermonuclear, itazalisha mapigo ya jua.injini.
