光帆是装置在太空船上的一个面积很大但很轻的帆,利用太阳光对帆的光压,可使太空船在太空中飞行．设想一光帆某时刻位于距离太阳为天1文单位（即日地间的平均距离）处,已知该处单位时

Question

光帆是装置在太空船上的一个面积很大但很轻的帆,利用太阳光对帆的光压,可使太空船在太空中飞行．设想一光帆某时刻位于距离太阳为天1文单位（即日地间的平均距离）处,已知该处单位时间内通过垂直于太阳光辐射方向的单位面积的辐射能量E=1.37*10^3j.m-2.s-1设平面光帆的面积为1.0*10^6m^2,且其平面垂直于太阳光辐射方向,又设光帆对太阳光能全部反射（不吸收）,则光帆所受光的压力约等于多少牛?．

Answer 1

将光视为光粒子的集合.
单位时间内,通过单位面积的光粒子动量为P,则有：E=1/2mc²=1/2Pc.
P=2E/c,c为光速.解得P=2×1.37*10^3÷（3.0×10^8）=9.13×10^-6
光辐射完全反射,所以单位时间内,单位面积的光粒子动量量变化量ΔP=2P=1.827×10^-5
由动量守恒,单位时间内对光帆的冲量为F×1s=ΔP
解得压力F=ΔP/1s×S=1.827×10^-5×1.0×10^6=18.27N