Question

光子具有動(dòng)量，因此光照到物體表面被反射或被吸收時(shí)，都會(huì)對(duì)物體產(chǎn)生壓力．利用這一原理，可以用太陽(yáng)光作為探測(cè)器進(jìn)行宇宙航行的動(dòng)力．科學(xué)家們?cè)O(shè)計(jì)的一種探測(cè)器有8張三角形的帆像風(fēng)車那樣安裝在探測(cè)器的周圍，總面積達(dá)S=10⁴m²，并始終保持正對(duì)著太陽(yáng)．通過(guò)帆上的反光膜反射太陽(yáng)光，利用太陽(yáng)光對(duì)帆的壓力使探測(cè)器得到加速．該探測(cè)器的總質(zhì)量m=500kg．它所在的區(qū)域內(nèi)每平方米面積上獲得的太陽(yáng)光功率為P=1kW，設(shè)反光膜能將太陽(yáng)光全部反射．求：
（1）太陽(yáng)光對(duì)帆的總壓力F是多大？
（2）在太陽(yáng)光的作用下，該探測(cè)器的速度每天可以增加多少？

Answer 1

（1）設(shè)探測(cè)器的帆時(shí)間t內(nèi)接受到的光子總數(shù)為n，則有
   PSt=nE
其中E是每個(gè)光子的能量．
對(duì)這些光子運(yùn)用動(dòng)量定理：設(shè)它們受到的總作用力是F，則
 Ft=n?2p
其中p是每個(gè)光子的動(dòng)量
又E=mc²，p=mc
則得 E=pc
由以上各式得：F=

2PS

c

代入數(shù)據(jù)得 F=0.00667N
根據(jù)牛頓第三定律得：太陽(yáng)光對(duì)帆的總壓力也是F=0.067N
（2）在一天時(shí)間內(nèi)，對(duì)探測(cè)器運(yùn)用動(dòng)量定理得 Ft=m△v
得△v=11.5m/s
答：
（1）太陽(yáng)光對(duì)帆的總壓力F是0.067N．
（2）在太陽(yáng)光的作用下，該探測(cè)器的速度每天可以增加11.5m/s．