Citat:
Ursprungligen postat av
Vilhelmina590
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.
Min lösning känns alderles för enkel för att vara rätt då det ska vara en svår uppgift men här kommer den:
P=F*v
v=c=3*10^8
P=25
F=P/v=25/(3*10^8)=8,33*10^-8
Nja... Enligt impulslagen ges ändringen av rörelsemängd av
Δp = F Δt
dvs för att beräkna kraften F kan du använda
F = Δp/Δt.
För att lösa uppgiften måste du alltså ta reda på hur mycket rörelsemängd för fotonerna som ändras per sekund.
Enl kvantfysik ges en fotons rörelsemängd och energi av
p = h/λ
E = hf
vilket ger
E/p = λf = c
dvs
p = E/c.
Dvs rörelsemängden är helt enkelt energin delat med ljushastigheten. Detta förhållande gäller då även för många fotoner i taget, som t ex ljuset i uppgiften.
Under ett tidsintervall Δt ger en ljuskälla med effekten P (=25 W, som vi antar är helt i form av ljus eftersom inget sägs om t ex värmeförluster)
E = P Δt
med rörelsemängden
p = E/c = P Δt/c.
Under denna tid studsar också allt detta ljus på spegeln (återigen sägs inget om förluster t ex pga absorption i spegeln, så vi antar att detta är noll), varvid p byter riktning och blir -p. Detta är en förändring med
Δp = p - (-p) = p + p = 2p = 2P Δt/c
per tidsintervall Δt, dvs kraften på spegeln är
F = Δp/Δt = 2P/c = 2•25/(3.00•10⁸) = ca 1.7•10⁻⁷ N = 0.17 μN.
----
Allt ovanstående ingår i gymnasiefysik.
