Номер 3, страница 194 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

3. В чем заключался опыт П. Лебедева?

3. Опыт Петра Николаевича Лебедева, проведенный в 1899-1900 годах, был направлен на экспериментальное обнаружение и измерение давления, которое свет оказывает на тела. Этот эффект был теоретически предсказан Джеймсом Максвеллом в рамках его электромагнитной теории света, но до Лебедева его никому не удавалось надежно измерить из-за чрезвычайно малой величины.

Для опыта Лебедев создал высокочувствительную установку — крутильные весы. В стеклянном сосуде, из которого был откачан воздух до глубокого вакуума (чтобы исключить влияние конвекционных потоков и радиометрического эффекта), на тончайшей кварцевой нити было подвешено легкое коромысло. На концах коромысла были закреплены маленькие тонкие диски (крылышки). У одних дисков обе стороны были зачернены, у других — одна сторона была зачернена сажей (для максимального поглощения света), а другая — отполирована до зеркального блеска (для максимального отражения света).

Суть эксперимента заключалась в следующем: пучок света от мощного источника (электрической дуги) направлялся на один из дисков. Сила давления света заставляла коромысло поворачиваться, закручивая упругую нить. По углу закручивания нити, который измерялся с высокой точностью оптическим методом (с помощью зеркальца и светового «зайчика»), можно было рассчитать величину действующей силы и, соответственно, давление света.

Лебедев установил, что давление света на зеркальную (отражающую) поверхность примерно в два раза больше, чем на зачерненную (поглощающую) при той же интенсивности светового потока. Этот результат полностью согласуется с теорией. С точки зрения квантовой физики, это объясняется передачей импульса фотонов:
• При поглощении фотон передает поверхности свой импульс $\text{p}$.
• При идеальном отражении фотон отскакивает, изменяя свой импульс на противоположный (с $\text{p}$ на $-p$). По закону сохранения импульса, поверхность получает изменение импульса, равное $p - (-p) = 2p$. Поскольку сила давления пропорциональна изменению импульса в единицу времени, сила на зеркальную поверхность оказывается вдвое больше.

Численные значения давления, измеренные Лебедевым, с хорошей точностью совпали с теоретическими расчетами по формулам Максвелла. Таким образом, опыт Лебедева стал первым прямым экспериментальным доказательством существования светового давления и триумфальным подтверждением электромагнитной теории света.

Ответ: Опыт П. Лебедева заключался в экспериментальном обнаружении и измерении давления света. Он использовал крутильные весы с легкими крылышками (с зачерненной и зеркальной сторонами), помещенные в вакуум. Направляя на них свет, он измерял возникающую силу по углу закручивания подвеса. Эксперимент доказал, что свет оказывает давление, и это давление на зеркальную поверхность примерно вдвое больше, чем на поглощающую, что подтвердило теорию Максвелла.