Мощность P = 6 Вт, площадь пластины S = 10 см², коэффициент отражения R = 0.6
Пусть за время Δt на пластину упали N фотонов, общая энергия всех фотонов E = P Δt, энергия каждого фотона (в предположении, что свет монохроматический) e = E/N = P Δt/N. Импульс каждого налетающего фотона равен п = e/c. Посчитаем, какой импульс налетающие фотоны передали пластине. - Отражённые фотоны (их было RN) передают пластине импульс Δп = 2п - Поглощённые фотоны (их было (1-R)N) передают платине импульс Δп = п Суммарно за время Δt пластине будет передан импульс ΔП = RN * 2п + (1-R)N * п = пN * (2R + 1 - R) = (1 + R) пN = (1 + R) (P/c) Δt
Сила F, действующая на пластину, по второму закону Ньютона F = ΔП / Δt = (1 + R) * P/c
Давление - сила, отнесённая к площади: p = F/S = (1 + R) * P / cS = 1.6 * 6 / (3*10^8 * 10*10^-4) = 3.2*10^-5 Па = 32 мкПа
Нагрев вызывает тепловое расширение спицы. Так как длина спицы намного больше ее диаметра, то можно рассматривать увеличение длины спицы, как линейное расширение спицы при нагреве.
Коэффициент линейного расширения стали, как материала, из которого изготовлена спица, достаточно велик: α = 20*10⁻⁶ °C⁻¹ Температура пламени свечи около 1400°C Предположим, что длина плеча весов L₀ = 0,5 м Тогда увеличение длины спицы при нагреве составит: ΔL = αL₀*Δt = 20*10⁻⁶*0,5*1380 = 13,8*10⁻³ (м) = 13,8 мм
Конечно, реальное увеличение длины будет намного меньше, так как до температуры 1400°С нагревается лишь маленький участок спицы, попадающий в пламя свечи, Но общего увеличения длины плеча хватает на то, чтобы изменить равновесие в сторону удлинившегося плеча: FL₁ < F(L₁+ΔL)
