Номер 2, страница 181 - гдз по физике 11 класс учебник Жилко, Маркович

2. Опишите суть эксперимента Лебедева по измерению светового давления.

Суть эксперимента Петра Николаевича Лебедева, проведенного в 1899–1901 годах, заключалась в экспериментальном обнаружении и измерении давления, которое свет оказывает на твердые тела. Существование светового давления было предсказано теоретически Джеймсом Клерком Максвеллом в рамках его электромагнитной теории света. Эксперимент Лебедева стал первым успешным количественным подтверждением этой теории.

Установка и методика эксперимента были следующими. Основой установки служили очень чувствительные крутильные весы: на тонкой кварцевой нити было подвешено легкое коромысло с закрепленными на концах легкими дисками (крылышками). Одна сторона каждого крылышка была зачернена сажей для максимального поглощения света, а другая оставалась блестящей, зеркальной для максимального отражения. Вся эта система помещалась в стеклянный сосуд, из которого был откачан воздух до очень высокой степени вакуума. Это было критически важным для устранения побочных эффектов, в первую очередь, радиометрических сил, которые могли бы исказить результаты измерений.

В ходе эксперимента на одно из крылышек направлялся пучок света от мощного источника. Под действием светового давления коромысло поворачивалось, закручивая нить подвеса. Угол закручивания измерялся с высокой точностью по смещению светового «зайчика», отраженного от зеркальца, закрепленного на нити. Зная упругие свойства нити, по углу поворота можно было рассчитать величину силы давления.

Физическая основа и результаты эксперимента основываются на том, что свет (поток фотонов) обладает импульсом. При взаимодействии с поверхностью свет передает ей свой импульс, что и проявляется как давление. Для черной (поглощающей) поверхности переданный ей импульс равен импульсу падающего света $p = E/c$, где $E$ – энергия поглощенного света, а $c$ – скорость света. Для зеркальной (отражающей) поверхности, от которой свет упруго отражается, изменяя направление импульса на противоположное, переданный импульс вдвое больше: $\Delta p = 2 p = 2 E/c$. Следовательно, и давление на зеркальную поверхность должно быть в два раза больше, чем на черную: $P_{отр} \approx 2 \cdot P_{погл}$.

Лебедев поочередно освещал то черную, то зеркальную поверхность крылышек. Его измерения с точностью около 10-20% совпали с теоретическими расчетами по теории Максвелла. Он также экспериментально подтвердил, что давление на зеркальную поверхность действительно примерно в два раза превышает давление на зачерненную.

Значение эксперимента Лебедева огромно. Он стал триумфом электромагнитной теории света и первым прямым доказательством того, что свет оказывает давление на тела. Это открытие имело фундаментальное значение для физики, подтвердив связь между оптическими и электромагнитными явлениями и заложив основы для дальнейших исследований в области квантовой физики.

Ответ: Суть эксперимента Лебедева состояла в измерении силы давления света на легкие крылышки (с зачерненной и зеркальной поверхностями), подвешенные на тонкой нити в высоком вакууме (на крутильных весах). Направляя на крылышки свет известной интенсивности, Лебедев измерял угол закручивания нити, что позволяло рассчитать силу давления. Эксперимент количественно подтвердил предсказания теории Максвелла о существовании светового давления и показал, что давление на отражающую поверхность примерно вдвое больше, чем на поглощающую.