Fotonu impulss
Apskatīt video Khan Academy platformā: 
Photon momentum
Transkripts:
00:00
- [Aizkadra balss] Pirms kāda laika,
00:01
es mācīju fiziku Kalifornijā.
00:04
Es atnācu uz stundu un teicu: "Sveika, klase,
00:06
vai gribat dzirdēt joku par fiziku?"
00:08
Jā, protams, noteikti!
00:10
Vai gaismai ir masa?
00:12
Nezinu, vai ir?
00:14
Nē, tā pat nav katoļticīga.
00:17
Ak, vai.
00:19
Vajadzēja šodien labāk iet uz pludmali.
00:20
Nopietni?
00:21
Pilnīgi garām.
00:22
Bet paga, vai tad gaismai tiešām nav masas?
00:26
Vajadzētu būt.
00:27
Tai ir impulss, tātad tai jābūt masai.
00:29
Tai ir impulss, tātad tai ir jābūt masai.
00:32
Mieru, mieru!
00:33
Visi nomierinieties.
00:37
Redziet, sliktākais tajā visā
00:38
nebija tas, ka mans joks izgāzās, bet tas, ka man vispār izdevās
00:42
to pastāstot, apmulsināt cilvēkus.
00:44
Mani skolēni bija lasījuši, ka gaismai ir impulss,
00:47
un viņiem bija taisnība, gaismai tiešām ir impulss.
00:50
Bet tad es atnāku uz stundu un paziņoju:
00:52
"Hei, iedomājieties – gaismai nemaz nav masas!"
00:55
Tagad mani skolēni pie sevis domā:
00:58
"Vecīt, bet p = mv."
01:00
Citiem vārdiem, ja impulss ir vienāds ar masu, reizinātu ar ātrumu,
01:04
kā gaismai, kurai nav masas, vispār var būt impulss?
01:08
Nācās man saviem skolēniem atklāt,
01:11
ka formula p = mv
01:13
nav īsti precīza objektiem, kas pārvietojas
01:16
ar ātrumu, kas tuvs gaismas ātrumam.
01:18
Objektiem, kas kustas tik ātri,
01:20
ir jāizmanto speciālā relativitātes teorija.
01:23
Es negribu tērēt daudz laika,
01:24
šajā video runājot par speciālo relativitātes teoriju,
01:27
tāpēc jums vienkārši nāksies man ticēt uz vārda,
01:29
ka speciālās relativitātes teorijas likumi pieļauj izņēmumu.
01:33
Šis izņēmums paver iespēju bezmasas objektiem
01:37
iegūt impulsu.
01:39
Labi, sliktā ziņa ir tā, ka mēs nevaram izmantot
01:42
formulu p = mv, lai atrastu fotona impulsu.
01:47
Labā ziņa ir tā, ka formula impulsa aprēķināšanai
01:49
fotonam ir vienkārša. Fotona impulss
01:52
ir vienāds ar h / λ.
01:55
h ir Planka konstante,
01:57
6,626 · 10⁻³⁴ džoulsekundes.
02:02
Lambda (λ) ir gaismas viļņa garums metros.
02:05
Esi uzmanīgs, neizmanto nanometrus,
02:07
tie ir jāpārvērš metros.
02:09
Viena fotona impulss būs ārkārtīgi mazs,
02:13
tāpēc mēs nejūtam, ka tie mūs grūstu
02:15
spēcīgi, kad gaisma uz mums spīd, bet teorētiski,
02:19
ja tev būtu pietiekami liela saules bura, gaisma,
02:22
atstarojoties no šīs saules buras, varētu to virzīt uz priekšu,
02:26
pateicoties gaismas radītajam impulsam.
02:30
Labi, īsumā sakot,
02:33
nekad, nekad nevajadzētu izmantot formulu p = mv,
02:37
lai aprēķinātu fotona impulsu.
02:40
Lai atrastu fotona impulsu,
02:42
vienmēr ir jāizmanto formula: impulss = h / λ.
02:45
(tehno mūzika fonā)
Eksperta komentārs
Izpratne par impulsu kā daļiņu raksturojošu lielumu un prasme noteikt fotona impulsu ir būtisks priekšnosacījums, lai turpmāk varētu uzsākt sarunu par de Brojī viļņiem. Vai fotoniem ir miera masa? Nav. Taču tad rodas dabisks jautājums: kā fotoniem var būt impulss, ja klasiskajā mehānikā impulss tiek definēts kā masas un ātruma reizinājums?
Šajā vietā ir būtiski uzsvērt, ka formulu p=mv nedrīkst mehāniski piemērot visos gadījumos. Tā ir derīga klasiskajā mehānikā, ja daļiņu ātrumi ir daudz mazāki par gaismas ātrumu. Ja daļiņas pārvietojas ar ātrumu, kas ir salīdzināms ar gaismas ātrumu, jāizmanto speciālā relativitātes teorija.
Video speciālā relativitātes teorija netiek detalizēti aplūkota. Tiek pieņemts, ka tās principi ļauj daļiņām bez miera masas piemist impulsam. Šādos gadījumos fotona impulsu nevar aprēķināt, izmantojot formulu p=mv, bet to nosaka, balstoties uz gaismas viļņu īpašībām.
Video tiek parādīts, ka fotona impulsu var aprēķināt kā Planka konstantes attiecību pret viļņa garumu. No tā izriet svarīgs secinājums: ja fotoniem piemīt impulss, tie spēj iedarboties uz vielu, izraisot tā saukto gaismas spiedienu.
Jēdzieni: fotons, impulss