Сила фотонов от Солнца, падающих на футбольное поле, = весу 1 цента?

Кажется, я читал некоторое время назад, что «вес» фотонов от Солнца, поражающих площадь размером с футбольное поле в полдень в солнечный день, будет примерно «весом» десятицентовой монеты?

Был бы признателен, если бы кто-нибудь мог конкретизировать это, проверить, верно это или нет?

Ответы (3)

Фотоны не имеют массы, поэтому их вес равен 0. Однако у фотонов есть импульс, поэтому они могут проявлять силу. Эта сила возникает из-за их импульса и возникает даже при отсутствии гравитации, поэтому это не вес.

Солнечная радиация в часы пик составляет примерно 1000   Вт   м − 2 а размер футбольного поля примерно 7200   м 2 на общую мощность излучения 7.2   М Вт . С п "=" Е / с и Ф "=" г п г т мы получаем, что сила от этой энергии ( 7.2   М Вт ) / с "=" 0,024   Н .

Для сравнения, десятицентовая монета имеет массу 2,268   г которая на Земле превращается в гравитационную силу, или вес, 0,022   Н .

Таким образом, сила солнечного света на футбольном поле в пиковые солнечные часы близка к весу десятицентовой монеты.

Я полагаю, вы предполагаете 100% поглощение? Как указывает комментарий другого ответа, если фотоны отражаются, вы получаете удвоенную передачу импульса.
@JonCuster Вы также должны учитывать давление исходящего инфракрасного излучения, возникающее в результате нагрева поля солнечным светом. Таким образом, фактическое давление будет промежуточным между случаями идеального поглотителя и зеркального отражателя.
Я вычистил дискуссию о вводной теории относительности. Пожалуйста, сделайте это в другом месте.
Некоторые дополнительные комментарии удалены. Если у кого-то есть опасения по поводу «цензуры», выскажите их на Physics Meta , а не здесь.
Четкий и лаконичный ответ. Я не согласен с тем, что их импульс возник бы в отсутствие гравитации, поскольку это предположение, хотя и более точное утверждение, что сила, которую они проявляют, не зависит от величины земного притяжения, с чем я согласен.
@IlmariKaronen Хотите, чтобы я уточнил, или вы довольны как есть?
@IlmariKaronen в ответе есть небольшой дефект, поскольку он утверждает, что импульс возникнет в отсутствие гравитации. Я указал на истинный факт, что это ненаучное утверждение, не подкрепленное ни теорией, ни экспериментом, поэтому ошибку можно легко исправить. Это не является ни тангенциальным, ни основанием для целого отдельного ответа. Это просто примечательно для всех, кто читает ответ, или для Дейла, если он решит его исправить.
@samerivertwice предложенный вами дефект неверен. Для любого объекта м 2 с 2 "=" Е 2 / с 2 − п 2 что для безмассового объекта, такого как фотон, сводится к п "=" Е / с . Гравитация не имеет отношения к импульсу. Фотон имеет импульс, потому что он не имеет массы и обладает энергией. Импульс света хорошо обоснован как теоретически, так и экспериментально. Вот лекция, которая охватывает как теорию, так и некоторые эксперименты: ocw.mit.edu/courses/electrical-engineering-and-computer-science/…
@ Дейл, я не согласен с тем, что это неправильно, несмотря на ваш ответ. Вы предполагаете, что фоновая гравитация всей вселенной не играет никакой роли в кинетической энергии и импульсе любого данного тела, и, на мой взгляд, это остается непроверенной и совершенно обоснованной гипотезой о том, что они связаны. Помните, я всего лишь выступаю за беспристрастность в этом вопросе, тогда как вы делаете бездоказательное утверждение. Простой мысленный эксперимент: имеет ли движущееся тело в полностью пустой вселенной импульс? Нет, ясно, что нет, потому что это противоречие, так как движение нельзя определить относительно чего-либо другого.
@samerivertwice Когда я говорю «отсутствие гравитации», я просто имею в виду отсутствие какого-либо гравитирующего тела в плоском пространстве-времени, что является действительным физическим описанием некоторых областей в этой вселенной. Поскольку у нас нет экспериментального доступа к пустым вселенным, меня они не интересуют, и я думаю, что ваше «очевидно, что это не так» гораздо больше похоже на «недоказанное утверждение», к которому следует относиться беспристрастно. Как физически релевантное утверждение об этой вселенной, мое утверждение действительно, и я не буду его менять.
@samerivertwice в будущем, предлагая предлагаемые правки, будьте прямолинейны. Это ваш четвертый комментарий здесь, но первый, в котором вы прояснили фактическую проблему, которую подняли. Я понятия не имел, что вы говорили о принципе Маха в своих предыдущих ответах. Принцип Маха расплывчат, но в той мере, в какой он был экспериментально формализован (гравитация Бранса-Дикке), кажется, что он не представляет физику в этой вселенной. Я не рекомендую и не использую его, я считаю, что постоянное обсуждение пустых вселенных ненаучно. Если бы вы разъяснили свою точку зрения раньше, я бы тоже разъяснил свою раньше.
@Dale Я не знал о принципе Маха и гравитации Бранса Дике, так что спасибо за эти ссылки. Я также не защищаю эти теории, я просто думаю, что хорошей научной практикой является делать точные утверждения, которые не превышают того, что доказано, извините, если я был недостаточно прямолинеен, это не входило в мои намерения. Одна из основных причин, по которой я нашел это ложкой дегтя, заключалась в том, что остальная часть ответа так методично и с превосходной точностью касалась вопросов, затронутых в вопросе.

«Вес» можно понимать как тип силы — стоя на полу, вы сообщаете силу полу.

Свет может воздействовать на поверхность за счет передачи импульса. Другими словами, если фотон с импульсом п ударяется о поверхность и отражается в противоположном направлении, суммарный импульс 2 п передается на поверхность. Это называется радиационным давлением . В ньютоновской механике вам нужна масса, чтобы иметь импульс, но в релятивистской механике вам нужна только энергия, чтобы иметь импульс. И фотоны, безусловно, несут энергию.

Так как же сравнить радиационное давление на футбольном поле с весом десятицентовой монеты? Рассмотрим единицы измерения: Давление — это сила на единицу площади, измеряемая в ньютонах на квадратный метр, Н/м. 2 . Обычно вы думаете о весе, измеряемом в килограммах, но на самом деле это масса . Вес - это сила, действующая на объект из-за силы тяжести, поэтому, если десятицентовая монета имеет массу м и у нас есть гравитационное ускорение г , вес Ф "=" м г .

Сила также определяется как изменение импульса . Итак, если мы скажем Н фотоны с импульсом п отражаются от футбольного поля площадью А за раз т , в сумме их импульс меняется на 2 Н п / т . Давление на футбольное поле 2 Н п / ( т А ) . Если представить десятицентовую монету, разбросанную по футбольному полю, давление от этой десятицентовой монеты будет равно м г / А . Таким образом, говоря, что вес футбольного поля из фотонов такой же, как вес десятицентовой монеты, мы говорим

2 Н п т "=" м г .

Что касается того, истинно оно или ложно, то это простой вопрос оценки параметров в этом уравнении, который я оставляю читателю в качестве упражнения.

+1, но один нит. «Вес» — это сила, а не давление. Как вы заметили, вы получаете давление, когда распределяете эту силу по площади футбольного поля.
Правда, поправил.
Футбольные поля, как правило, не очень хорошо отражают свет, поэтому вы должны уменьшить этот коэффициент на 2.
"Сила также определяется как изменение количества движения" - это правильно? Я бы сказал, что изменение импульса — это импульс (= сила x время).
@ PM2Ring Конечно, фактор 2 предполагает идеально отражающее футбольное поле. Я использую его здесь, чтобы сделать иллюстративный пример, ясно, что можно сделать более точную модель.
@Martin CR, сила - это изменение импульса с течением времени F = dp / dt, снова упрощено в ответе.
@PM2Ring Альбедо травы составляет около 0,25, поэтому, чтобы быть еще более точным, коэффициент должен быть 1,25, а не 1.

В дополнение к ответу Дейла размеры десятицентовой монеты 17,91 диаметр мм и 1,35 мм толщиной. Итак, объем 341,1 мм 3 .

Если вы распределите это по футбольному полю площадью 7200 ⋅ 10 6 мм 2 , толщина 4,72 ⋅ 10 − 8 мм. Или о 1 / 2 толщиной в атом.

@JasonGoemaat - Аааа! Спасибо! Зафиксированный!
Это не дает ответа на вопрос. Чтобы подвергнуть критике или запросить разъяснения у автора, оставьте комментарий под его публикацией. - Из обзора
@BioPhysicist - Это действительно так, в более широком смысле. Он спрашивает, какой вес эквивалентен силе Солнца, действующей на объект. Распределение десятицентовой монеты по полю делает более ясным, какой вес ожидать для других объектов.
Это актуальная информация, я просто не думаю, что она полностью отвечает на вопрос. Вы даже определяете, что это скорее дополнение к существующему ответу.
Почему бы вам не написать 47.2pm (пикометр)?
@U.Windl - нм или ангстрем были бы более распространенными единицами измерения атомного масштаба. Я ожидал, что люди либо смогут преобразовать, либо поймут, что половина атома должна быть 0,47 Ангстрем.
Сила фотонов от Солнца, падающих на футбольное поле, = весу 1 цента?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v