давление, производимое светом на отражающие или поглощающие тела. Д. с. впервые было экспериментально открыто и измерено П. Н.
Лебедевым (1899). Величина Д. с. даже для самых сильных источников
света (Солнце, электрическая дуга) ничтожно мала и маскируется в земных условиях побочными явлениями (конвекционными токами, радиометрическими силами, см.
Радиометрический эффект)
, которые могут превышать в тысячи раз величину Д. с. Для обнаружения Д. с. Лебедев изготовил специальные приборы и проделал опыты, представляющие замечательный пример искусства эксперимента. Основной частью прибора Лебедева служили плоские лёгкие крылышки (диаметром 5
мм) из различных металлов (платина, алюминий, никель) и слюды (
рис. 1). Крылышки подвешивались на тонкой стеклянной нити и помещались внутри стеклянного сосуда G (
рис. 2), из которого выкачивался воздух. На крылышки с помощью специальной оптической системы и зеркал направлялся
свет от сильной электрической дуги
В. Перемещение зеркал S
1, S
4 давало возможность изменять направление падения
света на крылышки. Устройство прибора и методика измерения позволили свести до минимума мешающие радиометрические силы и обнаружить Д. с. на отражающие или поглощающие крылышки, которые под его воздействием отклонялись и закручивали нить. В 1907-10 Лебедев исследовал Д. с. на газы, что было ещё труднее, так как Д. с. на газы в сотни раз меньше, чем на твёрдые тела.
Результаты экспериментов Лебедева и более поздних исследователей полностью согласуются со значением Д. с., определённым на основе электромагнитной теории
света (Дж. К.
Максвелл, 1873), что явилось ещё одним важным подтверждением теории электромагнитного поля Фарадея - Максвелла. Согласно электромагнитной теории
света,
давление, которое оказывает на поверхность тела плоская электромагнитная волна, падающая перпендикулярно к поверхности, равно плотности и электромагнитной энергии (энергии, заключённой в единице объёма) около поверхности. Эта энергия складывается из энергии падающих и энергии отражённых от тела волн. Если мощность электромагнитной волны, падающей на 1
см2 поверхности тела, равна S
эрг/см2(
сек)
, коэффициент отражения электромагнигной энергии от поверхности тела равен
R, то вблизи поверхности плотность энергии
u = S• (1+R)/c (с - скорость
света). Этой величине и равно Д. с. на поверхность тела:
р = S (1 +
R)
/c (
эрг/см3 или
дж/м3)
. Например, мощность солнечного излучения, приходящего на Землю, равна 1,4•10
6 эрг/(
см2(
сек) или 1,4•10
3 вт/м2, следовательно, для абсолютной поглощающей поверхности (когда
R = 0)
р = 4,3 •10
-5lдин/см
2 = 4,3•10
-6 н/м
2. Общее
давление солнечного излучения на Землю равно 6•10
13 дин (6•10
8 н)
, что в 10
13 раз меньше силы притяжения Солнца.
Изотропное равновесное излучение также оказывает давление на систему (тело), с которой оно находится в термодинамическом равновесии:
р = u/3=1/3•σT4 ,
где σ - постоянная Стефана - Больцмана, Т - температура излучения. Существование Д. с. показывает, что поток излучения обладает не только энергией, но и импульсом, а следовательно, и массой.
С точки зрения квантовой теории, Д. с. - результат передачи телам импульса
Фотонов (квантов энергии электромагнитного поля) в процессах поглощения или отражения
света. Квантовая теория даёт для Д. с. те же формулы.
Особо важную роль Д. с. играет в двух противоположных по масштабам областях явлений - в явлениях астрономических и явлениях атомарных. В астрофизике Д. с. наряду с давлением газа обеспечивает стабильность звёзд (См.
Звёзды)
, противодействуя силам гравитационного сжатия (при температуре Давл
ение св
ета 10
7 градусов в недрах звёзд Д. с. достигает десятков млн. атмосфер). Д. с. существенно для динамики околозвёздного и межзвёздного газа; действием Д. с. объясняются некоторые формы кометных хвостов (см.
Кометы)
. Д. с. вызывает возмущение орбит искусственных спутников Земли (особенно лёгких спутников-баллонов типа "Эхо" с большой отражающей поверхностью). К атомарным эффектам Д. с. относится "световая отдача", которую испытывает возбуждённый атом при испускании фотона. К Д. с. близко явление передачи гамма-квантами части своего импульса электронам, на которых они рассеиваются (см. Комптон-эффект (См.
Комптона эффект)), или ядрам атомов кристалла в процессах излучения и поглощения (см.
Мёссбауэра эффект).
Лит.: Lebedew P., Untersuchungen liber die Dnickkräfte des Lichtes, "Annalen der Physik", 1901, fasc. 4, Bd 6, S. 433-458; Лебедев П. Н., Избр. соч., М. - Л., 1949: Ландсберг Г. С., Оптика, 4 изд., М., 1957; Эльясберг П. Е., Введение в теорию полета искусственных спутников Земли, М., 1965.
Рис. 1. Различные системы (I, II, III) крылышек в опыте Лебедева; О - платиновая петля, С - кардановый подвес.
Рис. 2. Схема опыта Лебедева: В - источник света (угольная дуга); С - конденсор; D - металлическая диафрагма; К - линза; W - стеклянный сосуд с водой с плоскопараллельными стенками, играющими роль светофильтра; S1-S6 - зеркала; L1 и L2 - линзы; R - изображение диафрагмы D на крылышках (на рис. не показаны) внутри стеклянного баллона G; P1 и P2 - стеклянные пластинки; Т - термобатарея; R1 - изображение диафрагмы D на поверхности термобатареи.