Вопрос об энергии света

[Georg]

    Для начала напомню один из  опытов по измерению светового давления. Легкую вертушку подвешенную на нити, лопасти которой с одной стороны были покрашены в чёрный цвет, а с другой в белый (или зеркальный), освещались мощным источником света. В результате того, что зеркальная поверхность от фотонов получала в два раза больший импульс, чем чёрная, вертушка поворачивалась на соответствующий угол.
Вопрос: почему чёрные поверхности получая в два раза меньше энергии, чем зеркальные (или белые) нагреваются сильнее?

[Grinia]

Черные поглащают, зеркальные отражают.

[Rephaim]

Вычислите значение энергии и импульса - и у Вас все получится. Ну, если Вы еще сможете вычислить момент инерции вертушки.

[Georg]

Черные поглощают, зеркальные отражают.

Отражая фотоны, зеркальная поверхность получает в два раза большую энергию.

[Дмитрий Вибе]

Отражая фотоны, зеркальная поверхность получает в два раза большую энергию.

Вы путаете кинетическую и тепловую энергии.

[Georg]

Вычислите значение энергии и импульса - и у Вас все получится. Ну, если Вы еще сможете вычислить момент инерции вертушки.

Как не верти, зеркальная поверхность получает больше энергии или я что-то не понимаю!?

[Georg]

Вы путаете кинетическую и тепловую энергии.

    И в первом и во втором случае передается энергия фотона hv. Вы хотите сказать, что в случае с чёрным телом она превращается в тепловую, а в случае с зеркалом в кинетическую?

[Дмитрий Вибе]

Вы хотите сказать, что в случае с чёрным телом она превращается в тепловую, а в случае с зеркалом в кинетическую?

Именно так.

[Georg]

Импульс фотона передаётся атому вещества. Сумма кинетических энергий атомов есть тепловая энергия. Т.е. все равно зеркальная поверхность должна нагреваться сильнее.

[Klapaucius]

Зеркальная поверхность же не нагревается. А в отличие от чёрной тратит эту энергию на излучение назад точно таких же фотонов, но с противоположным по модулю импульсом. На то она и зеркальная.

[Georg]

Вы хотите сказать, что в случае с чёрным телом она превращается в тепловую, а в случае с зеркалом в кинетическую?

Именно так.

Данное утверждение ложно. Выше сказанное утверждение означает, что в случае с чёрной поверхностью давление оказываться не будет, а вся энергия будет уходить на нагрев.
Энергия света как в первом, так и во втором случае уходит на создание  светового давления, только в случае с зеркальной поверхностью оно больше из-за большего импульса фотона. Первые опыты по определению светового давления проводились на вертушке с чёрной поверхностью. Однако на черную поверхность свет оказывает и давление и разагревает её.

[Дмитрий Вибе]

Данное утверждение ложно.

Я прошу быть поосторожнее с подобными заявлениями. Иначе Ваше пребывание на форуме прекратится.

[Georg]

Данное утверждение ложно.

Я прошу быть поосторожнее с подобными заявлениями. Иначе Ваше пребывание на форуме прекратится.

Не понял. 

[dims]

Есть энергия, а есть импульс. Это -- разные вещи.

Идеальная зеркальная или белая неподвижная поверхность не получает энергии совсем! Чёрная поверхность забирает от света всю энергию. А вот с импульсом -- другая ситуация. Зеркальная поверхность отбрасывает свет назад. Засчёт этого она получает от света две порции импульса. А чёрная поверхность останавливает свет. Поэтому она получает только одну порцию импульса.

Ситуация со световым давлением полностью аналогична ситуации с бильярдными шарами. Один шар очень большой и тяжёлый -- это лопасть. Другой шар очень лёгкий -- это фотон.

Когда большой шар липкий так, что маленький прилепает к нему при ударе -- это чёрная лопасть. Когда большой шар твёрдый -- это зеркальная лопасть. От зеркальной лопасти маленький шар просто отскакивает.

Точный численный результат получается при одновременном учёте двух законов сохранения -- и энергии, и импульса. Ни одно из них в отдельности недостаточно. Но качественно ситуация такова, как я написал в начале.

[Тать]

Данное утверждение ложно.

Ложно / истинно - официально принятые в логике термины. Они же в Булевой алгебре.
Georg

Не понял.

Чего ж понимать,  надо каждый раз комментировать свои выражения и применяемые термины для с ними незнакомых И будете жить спокойно...

[Georg]

Есть энергия, а есть импульс. Это -- разные вещи. ..........
 ......Ни одно из них в отдельности недостаточно. Но качественно ситуация такова, как я написал в начале.

Импульс электромагнитного поля определяется энергией делёной на скорость света. Поэтому данную задачку можно решать и через понятие энергии и через понятие импульса.
 Кстати, очень хорошая аналогия с шариками. Если бы мы рассматривали задачку с шариками, то проблем таких не было бы. Предположим, что мы вертушку, лопасти которой с одной стороны отражают шарики, а к другой прилипают, обстреливаем не фотонами, а шариками, тогда кинетическая энергия передаваемая шариками равна массе умноженной на квадрат скорости при отражении и в два раза меньшей при прилипании.(кстати , и импульс тоже) То есть, кинетическая энергия отражённых шариков в два раза большая, но шарики имеют ещё и массу. Лопатка с прилипшими шариками увеличила бы массу. Если бы фотон имел массу покоя, то по аналогии с шариками можно предположить, что масса фотонов пошла на разогрев чёрной поверхности, но у фотонов нет массы покоя (или есть ?), а есть энергия hv, которая в данном случае уходит  на световое давление, что чёрной поверхности, что зеркальной ... 

[Empirik]

[Импульс электромагнитного поля определяется энергией делёной на скорость света. . 

Вот тут у вас и есть ошибка. Поделив энергию на константу, получаете СКАЛЯР. А импульс величина ВЕКТОРНАЯ и из скаляра ее никак не получить с помощью арифметики.

[dims]

Импульс электромагнитного поля определяется энергией делёной на скорость света. Поэтому данную задачку можно решать и через понятие энергии и через понятие импульса.

Это разные понятия, решать нужно совместно.

Предположим, что мы вертушку, лопасти которой с одной стороны отражают шарики, а к другой прилипают, обстреливаем не фотонами, а шариками, тогда кинетическая энергия передаваемая шариками равна массе умноженной на квадрат скорости при отражении

До столкновения энергия шарика равна эм вэ квадрат пополам и после столкновения тоже равна эм вэ квадрат пополам (если лопасть достаточно тяжёлая). То есть, энергия шарика не изменилась, следовательно, неоткуда было взять энергию для передачи лопасти.

и в два раза меньшей при прилипании.(кстати , и импульс тоже)

Нет, совершенно по-разному. Импульс действительно отличается примерно в два раза, а энергия -- во много-много раз, потому что "чёрная" сторона забирает всю энергию, а "зеркальная" не забирает почти ничего. Если лопасть закреплена, то в точности ничего, то есть, разница в бесконечность раз (ноль против чего-то).

То есть, кинетическая энергия отражённых шариков в два раза большая, но шарики имеют ещё и массу.

Это неважно. Можно взять не шарики, а пылинки, которые бомбардируют лопасть со скоростью пули. Тогда приростом массы из-за налипания пылинок можно пренебречь.

Повторяю, на мой взгляд, Ваша ошибка в том, что Вы смешиваете энергию и импульс. Это две разные величины, которые сохраняются независимо.

Если бы фотон имел массу покоя, то по аналогии с шариками можно предположить, что масса фотонов пошла на разогрев чёрной поверхности, но у фотонов нет массы покоя (или есть ?), а есть энергия hv,

Вы совершенно необоснованно противопоставляете отсутствие массы и разогрев поверхности. При налипании шариков поверхность точно так же нагревалась бы.

которая в данном случае уходит  на световое давление, что чёрной поверхности, что зеркальной ... 

На давление уходит импульс, а не энергия. Давление -- это двухмерная плотность силы (сколько Ньютонов на квадратный метр). А сила -- это скорость изменения импульса. Фотоны несут импульс, каждый -- маленький кусочек. Они отскакивают от лопасти и каждый изменяет свой импульс на 2p, где p -- импульс фотона. Это создаёт постоянный процесс изменения импульса. А изменение импульса -- и есть сила.

[golos]

Вычислите значение энергии и импульса - и у Вас все получится. Ну, если Вы еще сможете вычислить момент инерции вертушки.

Как не верти, зеркальная поверхность получает больше энергии или я что-то не понимаю!?

Скажите, какая поверхность, на Ваш взгляд, отражает больше энергии?

[Georg]

ЗЕРКАЛЬНАЯ