Номер 2, страница 273 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

Какое из объяснений светового давления, на основе фотонной или электромагнитной теории света, кажется вам более очевидным?

Вопрос о световом давлении можно рассмотреть с двух точек зрения: классической электромагнитной теории и квантовой (фотонной) теории. Обе теории дают правильное описание явления, но их наглядность и интуитивная понятность сильно различаются.

Объяснение на основе электромагнитной теории света

В рамках классической электродинамики, созданной Джеймсом Максвеллом, свет представляет собой электромагнитную волну. Эта волна состоит из колеблющихся и взаимно перпендикулярных электрического ($\vec{E}$) и магнитного ($\vec{B}$) полей. Когда свет падает на поверхность какого-либо вещества, его электрическое поле вызывает вынужденные колебания электронов в атомах этого вещества. На эти колеблющиеся (то есть движущиеся) электроны действует магнитное поле световой волны. Эта сила, называемая силой Лоренца, направлена в сторону распространения света и увлекает за собой всё тело. Суммарное действие силы Лоренца на все заряженные частицы в поверхностном слое вещества и создает световое давление. Это объяснение является строгим и математически корректным, но довольно абстрактным и сложным для интуитивного восприятия без глубокого понимания электродинамики.

Объяснение на основе фотонной теории света

С точки зрения квантовой физики, свет — это поток дискретных частиц, которые называются фотонами. Согласно идеям Альберта Эйнштейна, каждый фотон обладает не только энергией ($E=h\nu$), но и импульсом. Величина импульса фотона связана с его энергией и скоростью света $c$ соотношением $p = \frac{E}{c}$. Когда фотоны сталкиваются с поверхностью, они передают ей свой импульс, точно так же, как бильярдный шар передает импульс другому шару при ударе. Давление — это сила, действующая на единицу площади, а сила, в свою очередь, — это скорость изменения импульса. Таким образом, непрерывный поток фотонов, бомбардирующих поверхность, создает постоянную силу, то есть давление. Если поверхность полностью поглощает фотоны (черная поверхность), то каждый фотон передает ей импульс, равный $p$. Если же поверхность полностью отражает фотоны (зеркальная поверхность), то импульс фотона меняется на противоположный, и поверхности передается удвоенный импульс $2p$. Соответственно, давление света на зеркальную поверхность в два раза больше, чем на поглощающую.

Сравнение и вывод

Объяснение светового давления на основе фотонной теории использует простую и понятную механическую аналогию — поток частиц, ударяющихся о преграду. Эта картина очень наглядна и интуитивно понятна большинству людей, даже без специальной физической подготовки. Модель давления газа, где молекулы ударяются о стенки сосуда, является близкой и хорошо известной аналогией. В то же время, объяснение с позиции электромагнитной теории требует оперирования более сложными и абстрактными понятиями, такими как поля и сила Лоренца, что делает его менее очевидным.

Ответ: Объяснение светового давления на основе фотонной теории кажется более очевидным. Оно основано на наглядной механической модели, где давление создается потоком частиц (фотонов), передающих свой импульс поверхности при столкновении, что интуитивно гораздо проще для восприятия, чем сложное взаимодействие электромагнитных полей с веществом.