Kraft på en spegel från ljus? Svår uppgift

Vill gärna se om jag har tänkt rätt eller är helt ute och cyklar... Kom gärna med lösningsförslag!

Uppgiften:

En ljuskälla utsänder monokromatiskt ljus med våglängden 667 nm och effekten 25 W. Ljuset
får träffa en perfekt spegel under infallsvinkeln noll grader. Beräkna den kraft med vilken
spegeln trycks tillbaka.

Mitt svar:

E=hc/λ --> E=2,98*10^-19 J (per puls)

P=25W=25J/s

Antal pulser på en sekund: 25/2,98*10^-19=8,4*10^19 st/s

Varje väger 2,98*10^-19 J <=> 3,3*10^-36 kg

Varje sekund blir påfrestningen 8,4*10^19*3,3*10^-36=2,78*10^-16 kg/s

Detta ger momentankraften: F=mg --> 2,78*10^-16*9,82=2,73*10^-15N

Svar: Kraften blir ca 2,7aN


Detta är Fysik B, och det ska handla om så kallad "modern fysik", (relativitet, sönderfall, aktivitet, excitation osv.)

Tacksam för hjälp eller bekräftning!

Hej.

Är du säker på att det stod "Beräkna den kraft med vilken spegeln trycks tillbaka" i uppgiften?

För att göra ett långt svar kort så bör man undvika att sammanblanda newtonsk mekanik (det vill säga i det här fallet att prata om kraft) och ljus. Men om man gör det en då kan man få följande resultat.

Ljus har ingen massa. Vilket innebär att kraften F på fotoner är noll, F = m*a = 0*a = 0 (kraft = massa gånger acceleration). Och med Newtons 3:e lag (varje kraft har en motkraft) är då kraften på ett föremål som fotoner träffar också noll.

För spegeln i frågan innebär det att kraften på spegeln är noll.

Men i övrigt håller jag helt med i din uträkning angående hur många fotoner som träffar spegeln per sekund.

Och det är intressant att veta eftersom man kan då räkna ut rörelsemängden spegeln får från ljuset.

Lycka till med uppgiften.

Hade du haft någon uppskattad kontakttid så hade du kunnat använda impulslagen för att via rörelsemängden fått fram den kraft ljuset verkar på spegeln med.

Att använda F=m*g är helt galet, eftersom ljuset inte har någon vilomassa. Dessutom är det inte särskillt bra att använda 9,82 som acceleration i kraftekvationen, eftersom ljustets acceleration inte är 9,82 (varför skulle det vara det?)

Det känns som att det saknas information för att kunna lösa uppgiften, och jag skulle tro att du har missat en kontakttid.

Tiden det tar för en foton att reflekteras är irrelevant, det som är viktigt hur många fotoner som överför moment till spegeln per tidsenhet och det ges av effekten (alternativt fluxen och våglängden). Även masslösa partiklar har moment, p=E/c. Den totala kraften blir F=2W/c, där W är effekten, om spegeln ger en perfekt reflektion.

Per foton. Talar man om puls kan det vara många fotoner under en relativt kort tid.


So far, so good...


Öh? Hur kommer gravitationen in i beräkningarna? Här har du beräknat tyngden av en sekund av ljuset vid jordens yta. Det var inte vad du var ute efter.


Räkna i stället ut rörelsemängden hos varje foton. Hur stor rörelsemängd når spegeln varje sekund? Hur stor impuls utsätts spegeln för varje sekund? (Tänk på att spegeln reflekterar tillbaka fotoner.)

Räkna ut rörelsemängden som varje foton har,(p=E/c) och tänk på att fotonerna bytar riktning när de reflekteras på spegeln.

Precis, du kommer få ta gånger två i ditt slutgiltiga svar, eftersom delta(p) = p-(-p) = 2p.

Att ljus inte har någon massa stoppar de inte från att ha rörelsemoment, det finns ju flera teorier om att det skulle gå att ha ett "solsegel" ute i rymden. Dock skulle kraften på detta segel på extremt litet och farkosten skulle gå väldigt långsamt...

*accelerera väldigt långsamt (beroende på massa).

Mm jojo, alltså kommer det gå väldigt långsamt sjukt länge innan den får upp någon hög fart...

Vi kan ju ta med wikipediaartikeln som beskriver fenomenet strålningstryck då det kanske inte är allom bekant: http://en.wikipedia.org/wiki/Radiation_pressure

Ohfan.. är det det som kallas för accelerera långsamt? Eller vad är det man säger?