Номер 2, страница 57, часть 2 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

2. Объясните наличие светового давления, исходя из электромагнитной теории Максвелла.

2. Объясните наличие светового давления, исходя из электромагнитной теории Максвелла.

Согласно электромагнитной теории Максвелла, свет представляет собой электромагнитную волну — распространяющиеся в пространстве и времени колебания взаимосвязанных электрического ($ \vec{E} $) и магнитного ($ \vec{B} $) полей. Эти поля перпендикулярны друг другу и направлению распространения волны.

Когда такая волна падает на поверхность вещества, она взаимодействует с заряженными частицами в этом веществе (например, со свободными электронами в металле).

1. Электрическое поле $ \vec{E} $ волны действует на электроны с силой $ \vec{F}_{E} = q\vec{E} $ (где $ q $ — заряд электрона) и заставляет их совершать вынужденные колебания в направлении, параллельном вектору $ \vec{E} $.

2. Движущиеся под действием электрического поля электроны (со скоростью $ \vec{v} $) оказываются в магнитном поле $ \vec{B} $ той же световой волны. В результате на них начинает действовать магнитная составляющая силы Лоренца: $ \vec{F}_{B} = q[\vec{v} \times \vec{B}] $.

3. Направление этой силы $ \vec{F}_{B} $ можно определить по правилу векторного произведения. Так как скорость электронов $ \vec{v} $ сонаправлена (или противоположно направлена в зависимости от знака заряда) с вектором $ \vec{E} $, а векторы $ \vec{E} $, $ \vec{B} $ и направление распространения волны образуют правую тройку, то сила $ \vec{F}_{B} $ всегда будет направлена в сторону распространения световой волны.

Хотя поля $ \vec{E} $ и $ \vec{B} $, а также скорость $ \vec{v} $ электронов, постоянно меняют свое направление на противоположное с высокой частотой, направление силы $ \vec{F}_{B} $ остается неизменным. Это происходит потому, что при смене знака вектора $ \vec{E} $ одновременно меняется знак и у скорости $ \vec{v} $, и у вектора $ \vec{B} $. В результате произведение $ [\vec{v} \times \vec{B}] $ сохраняет свое направление.

Эта постоянная, направленная вглубь вещества сила, действующая на электроны, передается кристаллической решетке вещества. Суммарное действие этой силы на все заряды на поверхности и создает макроскопический эффект — световое давление.

Для полностью поглощающей поверхности давление света равно $ P = w = \frac{I}{c} $, где $ w $ — объемная плотность энергии электромагнитного поля, $ I $ — интенсивность света, а $ c $ — скорость света. Для идеально отражающей поверхности переданный импульс удваивается, и давление становится вдвое больше: $ P = 2w = \frac{2I}{c} $.

Ответ: Световое давление возникает из-за действия силы Лоренца на заряды в веществе. Электрическое поле световой волны заставляет заряды (электроны) колебаться. Движущиеся заряды, находясь в магнитном поле той же волны, испытывают силу, направленную в сторону распространения света. Эта сила, действующая на все заряды, передается веществу и создает макроскопическое давление.