02.25 当手电筒对着墙发出一束光,墙会不会受到光给的推力?

贱萌表情


只要光照射在物体上,就会产生压强,称为光压,光压非常小,当阳光照到我们脸上,也只能感受到阳光辐射的热量,一般的光照不足以把你推开,但脸大的感受到的光压肯定更多。

如果把大面积接受的微弱光压积累起来,就能获得的足够的推力,太阳帆就是典型的应用,可以利用太阳光这种稳定免费的能量可以让人类实现太阳系内的远距离飞行,而无需携带燃料。

人们还可以在太空建立固定基站,通过激光照射驱动太阳帆。虽然太阳帆原理比较简单,完全是现有的物理和科学基础,但技术上实现起来还是比较困难的。

太阳帆是利用光子的微弱动量来推动飞船前进,这就要求太阳帆具有足够大的面积,而飞船要足够轻。太阳帆一般由轻质物质制成,表面涂上铝膜用以反射阳光驱动飞船。

日本等国家曾发射过太阳帆的样机,但如果要实现高速的飞行,太阳帆可能需要上千米的大小,这样对如何折叠后发射,在太空中展开等工程上都提出了要求,目前太阳帆相关进展不是很顺利。

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量子实验室


手电筒对着墙发出一束光,墙会受到光给的推力,这一点是毋庸置疑的。不管是理论上还是实验结果都证明了光确实有压力一说。

这个结果也许和大部分人的内心所想不一样,但这就是事实。光照射到物体上的时候会对物体产生压力,这个压力被称为光压。不过光压的压力非常小,小到光靠人的感觉根本无法感受到。但自然界的一些现象可以证明光确实是有压力。

譬如我们经常谈到的彗星。了解彗星的人都知道,彗星在接近太阳的时候会有长长的彗尾,而且在太阳附近的时候彗尾也是始终背对着太阳,最终会呈现一个十分诡异的角度。彗尾的出现以及彗尾的方向本来就是光压最直观的体现。

光压的出现主要是因为光子有动量。大家可能会说光没有质量怎么会有动量?但实际上我们说的光子没有质量是指的没有静质量。由于光子携带能量,而能量和质量实际上可以互相转化,因此光子是有动质量的,这个数值可根据质能方程算得。正是由于光子的动质量赋予了光子动量,许多光子的动量累积起来就给受光面施加了一定的压力。因此手电筒对着墙发出一束光,墙面毫无疑问还受到推力,只不过推力非常的小,小到可以忽略不计。

实际上光压的运用目前已经有了许多理论设想了,其中最出名的就是太阳帆。太阳帆的设想是给航天器安装一块面积很大的光帆。这样,在宇宙中没有阻力的环境下,依靠太阳或者地球附近的激光源的光压提供动力。即便受力很小加速度很小,时间长了速度也会很可观的,最终能够达到的速度很有可能是我们传统的火箭无法达到的。因此,未来的太空探索一定会有太阳帆的一席之地!


张家小智儿


当手电筒对着墙发出一束光,墙会不会受到光给的推力?

光是有推力的,就是俗称的“光压”!但这个压力十分微小,因此传说中的太阳帆都特别巨大,但它产生推力仍是非常微小,5×10^-6N/M^2就是太阳光在一个平方米上产生的光压,您可以计算一下,如果要产生一牛顿的推力,大概需要二十万平方米,大约需要变长为450平方米的正方形反光面!

所以光的压力是非常微小的,当然您可能会问那么手电光斑可以扩到无限大那么推力不是也很强了?其实不会,因为手电光原本就没有太阳光的强度,光斑扩大之后就更加没有推力了!

但太阳帆仍然有比较不错的应用前景,因为第一太阳光是免费的,第二太阳可以一直加速,因此理论上在飞出太阳的有效照射范围之前,一定比例的载荷与光帆面积可以达到光速的2%,在这个推进技术进步漫漫无期的现在,确实是一个非常不错的诱惑!但超大面积光帆的张开、保持与维护等都是一个非常大的难题!

另一种延伸出来的是激光推进,这有两种方式,一种激光加热工质推进,另一种则是太阳帆推进的翻版,直接使用光压推进,无论是哪一种,现在都在技术验证中!

《阿凡达》中的飞船结构,最前部的部分标识为护盾,但从实际镜面反射层来看,更多的可能是一个辅助推进的光帆,也许就是出发时激光推进反射结构,似乎也有一些道理!


星辰大海路上的种花家


答:当然是有的,叫做“光压”,其实不仅墙会受到“光压”,发射光线的手电筒,也会受到相反的推力。


其根本原因是“光子存在动量”,动量守恒对光子也是成立的,所以墙必定会受到一个光的压力,微观机制就是——墙体的原子吸收了光子的动量。

不过,因为光子的动量非常小,所以墙体受到的光压是非常小的。太阳光也有光压,在地球轨道上,太阳光对每平米产生的压力,只有约0.000005N。



可是,一旦面积增大,其光压是不可忽视的。


利用“光压”的原理,科学家还能制造“太阳帆推进器”,利用太阳光产生的光压,去推动宇宙飞船,在没有空气阻力的太空,这种微小的动量积累,会得到非常大的效果,而且美国也在研制这样的飞船。



太阳帆飞船,利用巨大且轻盈的太阳帆,去反射太阳光,然后推动飞船远离太阳系,太阳帆的面积需要数万平方米,然后给飞船提供微小的加速度。


单个光子的动量:p=hv/c;

我们利用这个公式,就可以计算特定光强下,对某物体产生的光压。

也可以利用电磁学理论的光压公式:P=S/c;

其中S为电磁场中的能流密度矢量(坡印亭矢量)。


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艾伯史密斯


答案是肯定的,墙当然会受到光的作用力。只是非常非常的小。动态的光子是有能量的,光作用在物体上当然就会产生推力。

最简单的观测就是我们看到彗星的彗尾。当彗星接近太阳时,彗星上的部分冰物质被蒸发成水气,与其他的升华物质混合在一起,在身后留下一条长长的大尾巴。这条大尾巴永远背着太阳而不会跑到前面去。这就是太阳光的压力作用。

手电筒对着墙发出光,墙自然也会受到这种光压力的作用,只是手电的光与太阳光相比,差得太多了。

在地球上,一个绝对黑色的物体,即能够把光完全吸收的物体,太阳的光压强还不到一百亿分之一的大气压,我们手中的电筒,这个光压就更低得可以忽略了。但太阳光压的力量放到真空中,阳光就会发挥作用了。

于是有人幻想着制做太阳帆来实现宇宙航行。这在理论上是完全行得通的。早在20世纪20年代,齐奥尔科夫斯基就提出了太阳帆的概念。

太阳帆是一种不带机械动力装置的轻便航天器,它像帆船利用风的压力一样,利用太阳光的压力作用到帆上来获得推力,从而实现宇宙航行。

太阳帆虽然从太阳那里获得的推力很小,但长时间持续地作用,这种推力仍然能不断地给航天器提供一定的加速度。当然,这种飞行器不能在地面上使用,只能用在没有空气阻力的太空。


史海探奇


会受到,但及极其微弱,微弱到人类丝毫感受不到。但人类已经制造一些直接利用太阳光作为推进力的飞船,但是目前还尚未获得成功。

光子虽然没有静质量,但是当撞击到物体上时,由于能量的交换和传递,仍然会对作用的物体有非常微弱的力。这在实验室内是已经被证实的。发现了光这样的特性后,人类就希望发明一种能够直接利用太阳光作为推动力的飞行器,或者利用光压进行飞船飞行姿态调整,日本、俄罗斯、美国都进行过类似试验。

这样的飞行器无疑是有一定前景的,不必担忧携带的能源不够,只要太阳能够照射到的地方,就可以用阳光作为动力。科学家设想一中体积较小,但是受一块面积较大的特殊材料组成的帆,提高飞行器的受光面积,获得更大的推力。并且也设想过利用此类飞行器,探索半人马α三星系统。只不过初期需要用火箭发射进太空,然后利用地面的激光矩阵将飞行器加速到20%光速。相当科幻。

光有波粒二象性,如果仅从粒子角度看,光子具有能量,就具有一定的动量,当与物体碰撞时,由于动量守恒定律,使得物体的动量发生变化。而动量是力和作用时间的乘积。


来看世界呀


经典的动量守恒定理如何解释光压?

在经典的守恒定理中,动量为mv,但是粒子具有电磁场,而场又具有动量,所以说动量守恒是粒子的动量mv和场的动量这两个量之间的守恒!

光的动量mv为零,但是电磁场是具有动量的,所以当光照在其它物体上时,电磁场的动量就会传递到该物体上,那么这时物体的动量就发生了变化,这就相当于一个力作用于在它上面了!虽然是极为小的,但是仍然可以通过先进的仪器来测量和过程演示!

那么意思就是,当光照在墙上时,其实是有受到推力的,只是这种作用力非常小,而且加上本身墙体结构和材料的特殊性,所以我们是不能看到墙体运动的情况的!



什么是光压?有什么实际运用?

简单来说,光压指的是光照到物体上对物体表面产生的压力!

对于光压的研究,最早可以追溯到17世纪。那时的天文学家开普勒就曾经用太阳光的压力来解释彗星的尾巴为什么背对着太阳!虽然没有具体和科学地解释,但是开普勒对于太阳光的压力的认知和判断,足以表明了对于太阳光压的研究从17世纪就有人开始了!



现目前光压还没有实际运用,但是对于其运用的构想却提出的很早!早在上世纪的20年代,俄国航天事业先驱康斯坦丁提出"用照到很薄的巨大反射镜上的阳光,所产生的推力获得的宇宙速度",这种设想也成为了现如今制造太阳帆的基础!

其实俄国人这种设想也不是自己想出来的,而是根据了更早之前的一部科幻小说故事而提出,期间空了一段时间无人问津,直到1924年俄国科学家才提出这个观点!所以说只有大胆设想,才能够大胆的着手去做!



关于光压的科普知识:

  • 人们可以从光的电磁理论或者光的量子理论推算出光压的大小!
  • 1748年欧拉就指出过光压的存在!
  • 1901年由俄国物理学家列别捷夫首次测量出来!



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科学无处不在


先亮答案:有推力!

一束光照在墙壁上,墙壁肯定会受到光子的推力,将这些推力综合起来统一称呼可以称其为光压。

日常生活中可以看到,墙一动不动,说明光压特别小,但你别看它小,光压是现代新型的飞船动力系统之一。


科学家计划设想一种飞船,飞船上用特殊物质做成的“光帆”,在地球上统一就激光射向光帆,光帆就会获得来自光的推力,从而带动飞船加速,这样的光帆飞船最高能够获得光速的20%,个速度远超目前为止所有的飞船速度。


事实上,这项计划已经开始实施,且主导人之一就是前不久逝世的伟大的科学家霍金(再次敬礼),他将这个计划命名为“摄星计划”,这个计划想要研发一个名为“星片”的光帆飞船,期望它以20%光速,以20年的时间飞至半人马座,并在到达后约4年时间像地球传回信息。


蚂蚁科学


会的,由于光具有波粒二象性,它既是一种电磁波,又是粒子。而光的粒子性正好可以用来解释光压,也可以称之为辐射压。

光子既然是粒子,那就具备着粒子所会具有的动量,即便光子没有静质量。当光子照射在物体上时,一部分的能量就转化为了动能传递给物体,所以物体的形态会发生变化,而又因为,光压非常的小,所以,我们感受不到。

光的能量除了转化为了物体的动能以外,还转化为了热能,剩余的则以反射光的形式辐射出去了。

光压的存在也可以用来解释彗星彗尾的形成原因。就是因为彗星的气体分子因受到光压的影响而形成的与运动方向相反的彗尾。

另外,如今的太阳为什么不会发生引力坍缩,也是因为光压(辐射压)的存在。未来的话,人类甚至可以制造出来光帆在太阳系内遨游。

而比光帆还要高级一点的是激光帆,因为光帆会因为距离太阳越来越远,而速度减弱,在地面上建造激光发射器阵列,对准激光帆发射激光,可以持续工作数年,直至激光帆达到预定的速度。


科学船坞


首先,光是变化的电磁场(也有不变化的静电场和恒定磁场);其次,光束与墙面相互作用实质上是变化的电磁场使墙面中的原子所在空间位置上的电磁场发生相应变化,而这种变化会使原子出现相应的运动状态变化。如果手电筒在墙面上形成的变化电场能使原子中的电子定向向内运动,则会对墙体产生推力但力道很小以致难以观测到;否则,会使电子形成往复振荡动运动,对墙体的作用力会随时间变化大小与方向。即有推力也有拉力。

下面两篇文章专门对光的属性进行了分析,可能会有助于你更好的认识光:


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