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如果在太空中打开静止的手电筒,它会被光子推动吗?

信息来源:soovoo.cn  时间:2019-03-10  浏览次数:23

如果在太空中打开静止的手电筒,它会被光子推动吗?

假如处在太空中的手电筒不受任何外部引力的影响,那么,在太空中打开手电筒,它确实会被自身发出的光所推动。这是因为光子具有动量,既然如此,光子也会遵循动量守恒,离开手电筒的光子就会推着手电筒朝着反方向运动。

根据狭义相对论的能量-动量关系:

如果在太空中打开静止的手电筒,它会被光子推动吗?

上式中,E表示物体的能量, m0表示物体的静质量,p表示物体的动量,c表示光速。

对于光子,其静质量为零。因此,再结合光子能量公式E=hν,可以推导出光子的动量公式为:

p=E/c=hν/c

上式中,h表示普朗克常数,ν表示光子的频率。

可以看到,光子的动量与光子的频率成正比,光子的频率越高,其动量也会越大。

假设手电筒的发光功率为W,那么,手电筒每秒发射出的光子数量n为:

n=W·1s/E=W/(hν)

根据动量公式可知,手电筒发出的光在每秒的动量M变化就是作用力F的大小,即等于手电筒每秒产生的光子数量与每个光子的动量之积,所以可以得到如下的公式:

如果在太空中打开静止的手电筒,它会被光子推动吗?

可以看到,光子产生的推力只取决于手电筒的功率,两者呈正比例关系,手电筒的功率越高,光子所携带动量产生的推力也就越大。只不过这个推力非常小,因为光子的动量太小了。

一般手电筒的功率只有1瓦,对应所产生的推力只有3.33×10^-9牛。即便是功率能够达到30瓦的强光手电筒,其光子所能产生的推力也仅为0.0000001(10^-7)牛。

虽然手电筒产生的推力很小,但理论上是能够推动不受外力影响的手电筒前进。假设手电筒的重量为0.1千克,如果是功率为1瓦的手电筒,打开一天,光子可以把手电筒的速度加速到2.9毫米/秒(v=Ft/m),微乎其微的速度。如果是功率为30瓦的强光手电筒工作一天,它能被光子加速到8.7厘米/秒。

    ——本信息真实性未经中国手电筒网证实,仅供您参考