Номер 3, страница 138 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

3. В чем заключался опыт П. Лебедева?

Опыт Петра Николаевича Лебедева, проведенный в 1899 году, был первым успешным экспериментом по обнаружению и измерению давления света на твердые тела. Целью опыта было экспериментально подтвердить вывод из электромагнитной теории Джеймса Клерка Максвелла, согласно которому свет (электромагнитные волны) должен оказывать давление на препятствия.

Для измерения чрезвычайно малой силы светового давления Лебедев создал очень чувствительную установку. Ее основной частью были крутильные весы, помещенные в стеклянный сосуд, из которого был откачан воздух до очень высокого вакуума. На тонкой кварцевой нити было подвешено легкое коромысло, на концах которого были закреплены маленькие и легкие диски (крылышки) из платиновой фольги толщиной в несколько микрометров. Один из дисков был зачернен (для максимального поглощения света), а другой оставлен блестящим (для максимального отражения). Вся система была очень чувствительна к малейшим силам.

Сквозь специальное окошко в сосуде на один из дисков направлялся сфокусированный пучок света от мощного источника (электрической дуги). Падая на диск, свет передавал ему свой импульс, создавая силу давления. Эта сила заставляла коромысло с дисками поворачиваться, закручивая кварцевую нить. По углу закручивания нити, который измерялся с помощью зеркальца и светового зайчика, Лебедев мог рассчитать действующую силу и, следовательно, давление света.

Главной трудностью эксперимента было отличить истинное световое давление от побочных эффектов, в первую очередь — от радиометрического эффекта. Радиометрические силы возникают из-за того, что остаточные молекулы газа в сосуде отскакивают с большей скоростью от нагретой светом стороны диска, чем от холодной, создавая силу, которая может во много раз превышать силу светового давления. Чтобы минимизировать этот эффект, Лебедев:

1. Создавал в сосуде максимально возможный для того времени вакуум.

2. Использовал диски с разной отражающей способностью. Согласно теории, давление света на зеркальную (отражающую) поверхность должно быть в два раза больше, чем на черную (поглощающую) при той же интенсивности света. Радиометрический же эффект зависит от нагрева, поэтому его характер для обеих поверхностей был бы иным. Сравнивая результаты для разных дисков, можно было выделить эффект именно светового давления.

3. Проводил измерения при разной интенсивности света и разном давлении остаточного газа, чтобы учесть и исключить влияние побочных сил.

В результате своих тонких и кропотливых измерений П. Н. Лебедев не только качественно подтвердил существование светового давления, но и количественно измерил его величину. Полученные им экспериментальные значения с хорошей точностью совпали с теоретическими расчетами по формулам Максвелла: $p = \frac{I}{c}$ для полностью поглощающей поверхности и $p = \frac{2I}{c}$ для полностью отражающей поверхности, где $\text{I}$ — интенсивность света, а $\text{c}$ — скорость света. Позже, в 1907 году, он также измерил давление света на газы.

Ответ: Опыт П. Лебедева заключался в экспериментальном измерении силы давления света на твердые тела с помощью высокочувствительных крутильных весов, помещенных в вакуум. Эксперимент подтвердил существование светового давления и показал, что его величина соответствует предсказаниям электромагнитной теории Максвелла, что стало одним из важнейших доказательств этой теории.