by Διαθέτουμε μία πηγή δέσμης φωτονίων (ένα laser που θεωρούμε ότι εκπέμπει μονοχρωματική ακτινοβολία) η οποία εκπέμπει φωτόνια μήκους κύματος λ=663nm. Η ισχύς της δέσμης είναι ίση με 3mW, ενώ η (ενεργός) διατομή της ίση με A=3mm2.
A. Να υπολογίσετε την ορμή του κάθε φωτονίου της δέσμης αυτής.
Β. Να υπολογίσετε τον αριθμό των φωτονίων που διέρχονται από κάποιο σημείο (μία διατομή) της δέσμης ανά δευτερόλεπτο.
Διαθέτουμε ένα ξύλινο κύβο ακμής α=6cm του οποίου επικαλύπτουμε την μία έδρα με μία απολύτως ανακλαστική επιφάνεια και τον τοποθετούμε πάνω στον οριζόντιο εργαστηριακό πάγκο. Η έδρα που επικαλύψαμε είναι κατακόρυφη, όπως στο σχήμα και θεωρούμε ότι η επικάλυψη δεν αλλάζει τη μάζα του κύβου. Με το παραπάνω laser ακτινοβολούμε την έδρα του κύβου που επικαλύψαμε, με τέτοιο τρόπο ώστε ο άξονας της δέσμης να διέρχεται από το κέντρο του κύβου και τα φωτόνια να θεωρούμε ότι προσκρούουν κάθετα στην επιφάνειά του. Παρατηρούμε ότι ο κύβος παραμένει ακίνητος.
Γ. Να υπολογίσετε τη μάζα του κύβου.
Δ. Να προσδιορίσετε την ελάχιστη τιμή του συντελεστή οριακής τριβής μεταξύ του κύβου και του πάγκου, ώστε ο κύβος να παραμένει ακίνητος.
Ε. Να υπολογίσετε την πίεση «που ασκεί» η δέσμη των φωτονίων στην ανακλαστική επιφάνεια του κύβου.
Δίνεται η σταθερά του Planck h=6,63·10-34J·s, το μέτρο της επιτάχυνσης της βαρύτητας g=10m/s2, η ταχύτητα του φωτός c=3·108m/s, και η πυκνότητα του ξύλου ρ=0,7g/cm3.
Η δύναμη και η πίεση της δέσμης
ή
Η δύναμη και η πίεση της δέσμης
Καλησπέρα Μίλτο.
Η δέσμη χρειάζεται μεγαλύτερη “δύναμη πυρός” για να μετακινήσει τον κύβο!
Ωραίο θέμα και διαπραγμάτευση.
Γεια σου Διονύση. Ευχαριστώ για το σχολιασμό.
Φυσικά η σταθερά είναι του Planck και όχι του Plank!
Μίλτο καλησπέρα
Πολύ ωραία διαπραγμάτευση με αποκορύφωμα το γ ερώτημα.
Καλά βρε Χρήστο, ολόκληρη άσκηση “Σύγχρονης Φυσικής” δημοσίευσα κι εσύ ξεχώρισες ερώτημα Β΄ Γυμνασίου;;!!
Να είσαι καλά!
Μίλτο εκ παραδρομής το Δ ερώτημα ήθελα να γράψω
Πέρα από την πλάκα Χρήστο, το ερώτημα (γ) ίσως προβλημάτιζε περισσότερο έναν “προπονημένο” υποψήφιο σε σχέση με το (δ).
Καλό απόγευμα κι ευχαριστώ για το σχολιασμό.
Μίλτο εξαιρετική, τα αμαζα φωτόνια έχουν ορμή και ασκούν πίεση. Η πίεση της ακτινοβολίας του λέιζερ ουσιαστικά δεν μπορεί να μετακινήσει ένα μικρό σώμα σε λείο επίπεδο. Ας βάλουμε τώρα τη φαντασία μας να δουλέψει και να αναλογιστουμε πως η πίεση της ακτινοβολιας που παράγεται στον πυρήνα του ήλιου μας ισορροπεί την ιδιοβαρυτητα σώματος μάζας 2χ10 εις την 30 kg.
Γεια σου Άρη. Χαίρομαι που σου άρεσε.
Όμορφη και η μετάβαση στα άστρα. Ουσιαστικά νόμοι και αρχές της Κβαντομηχανικής και της Θερμοδυναμικής ερμηνεύουν τη δυναμική ισορροπία (μέχρι ενός ορίου) των άστρων.
Πολύ ωραίο θέμα Μίλτο! Συνδυαστικό κεφαλαίων με βάση την κβαντομηχανική!
Γεια σου Γιώργο. Όπως παρατήρησε και ο Χρήστος, η άσκηση ουσιαστικά κατασκευάστηκε γύρω από το ερώτημα (Δ), το οποίο στηρίχθηκε στην άσκηση 7.23 του σχολικού.
Καλό Σαββατοκύριακο!