Strahlendruck ist der Druck, der auf jede zur elektromagnetischen Radiation ausgestellte Oberfläche ausgeübt ist. Wenn absorbiert, ist der Druck die durch die Geschwindigkeit des Lichtes geteilte Macht-Flussdichte. Wenn die Radiation völlig widerspiegelt wird, wird der Strahlendruck verdoppelt.

Zum Beispiel hat die Radiation der Sonne an der Erde eine Macht-Flussdichte von 1,370 W/m, so ist der Strahlendruck 4.6 (absorbierte) µPa.

Entdeckung

Die Tatsache, dass elektromagnetische Radiation einen Druck auf jede dazu ausgestellte Oberfläche ausübt, wurde theoretisch von James Clerk Maxwell 1871 und Adolfo Bartoli 1876 abgeleitet, und experimentell vom russischen Physiker Peter Lebedev 1900 und von Ernest Fox Nichols und Gordon Ferrie Hull 1901 bewiesen. Der Druck ist sehr schwach, aber kann entdeckt werden, indem er der Radiation erlaubt wird, auf eine fein Schaufel im Gleichgewicht von reflektierendem Metall in einem Nichols radiometer zu fallen (das sollte mit Crookes radiometer nicht verwirrt sein, dessen charakteristische Bewegung durch den Strahlendruck, aber durch das Auswirken von Gasmolekülen nicht verursacht wird).

Theorie

Kann durch die elektromagnetische Theorie, durch die Quant-Theorie, oder durch die Thermodynamik gezeigt werden, keine Annahmen betreffs der Natur der Radiation machend, dass der Druck gegen eine Oberfläche, die in einem Raum ausgestellt ist, der durch die Radiation gleichförmig in allen Richtungen überquert ist, einem Drittel der Gesamtstrahlungsenergie pro Einheitsvolumen innerhalb dieses Raums gleich ist.

Quant-Theorie-Argument

Von der Perspektive der Quant-Theorie wird Licht aus Fotonen gemacht: Partikeln mit der Nullmasse, aber die Energie und — wichtig in diesem Argument — Schwung tragen. Gemäß der speziellen Relativität, weil Fotonen massless sind, ist ihre Energie (E) und Schwung (p) durch E=pc verbunden.

Betrachten Sie jetzt einen Lichtstrahl rechtwinklig als Ereignis auf einer Oberfläche, und lassen Sie uns annehmen, dass der Lichtstrahl völlig absorbiert wird. Wenn wir uns vorstellen, dass der Balken aus Fotonen gemacht wird, dann jede Sekunde schlagen zahlreiche Fotonen die Oberfläche und werden absorbiert. Der Schwung, den die Fotonen tragen, ist eine erhaltene Menge — d. h. er kann nicht zerstört werden — so muss er der Oberfläche übertragen werden; das Ergebnis besteht darin, dass das Aufsaugen des leichten Balkens die Oberfläche veranlasst, Schwung zu gewinnen.

Das zweite Gesetz des Newtons sagt uns, dass Kraft Rate der Änderung des Schwungs gleichkommt, so während jeder Sekunde erfährt die Oberfläche eine Kraft (oder Druck, weil Druck Kraft pro Einheitsgebiet ist) wegen des Schwungs, wechseln die Fotonen dazu über. Wir haben:

Druck = Schwung hat pro Sekunde pro Einheitsgebiet = Energie abgelegt pro Sekunde pro Einheitsgebiet / c = V. D. übergewechselt.

Wo ich die Intensität des Lichtstrahls bin (gemessen in z.B. W⋅m).

Im obengenannten Argument haben wir angenommen, dass die Oberfläche völlig den Balken absorbiert hat, im allgemeinen Licht kann übersandt, widerspiegelt und/oder absorbiert werden. Wenn das Licht dann völlig widerspiegelt wurde, wird der Strahlendruck im Vergleich zur Gesamtabsorption verdoppelt, das ist, weil die Fotonen mit dem Schwung E/c ankommen und mit dem Schwung-E/c fortgehen (das-Ve-Zeichen zeigt das Reisen in der entgegengesetzten Richtung an), so ist die Änderung des Schwungs 2E/c.

Im interplanetarischen Raum

In der Astronomie ist Sonnenstrahlungsdruck die Kraft, die durch die Sonnenstrahlung auf Gegenstände innerhalb seiner Reichweite ausgeübt ist. Sonnenstrahlungsdruck ist von Interesse in astrodynamics, weil es eine Quelle der Augenhöhlenunruhen ist.

Die Störungskraft kann einfach als ausgedrückt werden

wo:

- Kraft, die durch den Sonnenstrahlungsdruck beigetragen ist

- Kraft pro Einheitsgebiet, das durch die Sonnenstrahlung ausgeübt ist

- Koeffizient des Reflexionsvermögens des Gegenstands

- Gebiet des Gegenstands, der zur Sonnenstrahlung ausgestellt ist

- radialer Einheitsvektor zwischen dem Gegenstand und der Sonne

Strahlendruck ist ungefähr 10 Papa in der Entfernung der Erde von der Sonne und den Abnahmen durch das Quadrat der Entfernung von der Sonne.

Zum Beispiel, am Siedepunkt von Wasser (T = 373 K), strahlt ein blackbody ungefähr 1,080 Watt der Energie pro Quadratmeter der Oberfläche aus. Das ist etwas unter den 1373 W/m der Sonne ², aber noch aufschlussreich. Wenn der blackbody 1,080 Watt auf seiner Sonne gegenüberstehenden Oberfläche absorbiert, muss er auch alle 1,080 Watt rundstrahlend ausstrahlen. Die Allrichtungsemission selbstannulliert, so dass sie weder beiträgt noch die Nettosonnenfluss-Kraft schmälert.

Durch die Strahlendruck-Gleichung σT/c; der Sonne gegenüberstehende Foton-Druck ist 3.61 µPa (3.6 N/km ², 2.08 lbf/mi ²). Wenn die Sonne gegenüberstehende Oberfläche ein fast vollkommener Reflektor ist, würde sich die Kraft doppelt nähern, dass (7.22 µPa) je nachdem, wie in der Nähe von einem idealen Reflektor die Oberfläche poliert wird.

Während ziemlich klein, im Vergleich mit chemischen Trägerraketen ist die Strahlendruck-Kraft unerbittlich und verlangt keine Kraftstoffmasse. So im Laufe Monate zu den Jahren hat das Netz Betrag der Kraft (integriert) ist wesentlich, und wird gedacht, genügend zu sein, um interplanetarische Untersuchungen zu Geschwindigkeiten zu beschleunigen, die die Erdpluto-Entfernung in 1/2 zu 1/4 die Zeit eines chemisch beschleunigten Behälters überqueren konnten.

Solcher schwacher Druck ist im Stande, gekennzeichnete Effekten auf Minutenpartikeln wie Gasionen und Elektronen zu erzeugen, und ist in der Theorie der Elektronemission von der Sonne vom cometary Material und so weiter wichtig (sieh auch: Wirkung von Yarkovsky, YORP Wirkung, Wirkung von Poynting-Robertson).

Der Tisch zeigt, dass die Accelerative-Kräfte sehr in der Nähe von der Sonne, und fast keiner vergleichenden Wichtigkeit (für makroskopische Partikeln) durch die Augenhöhlenentfernung Jupiters sehr hoch sind. Es ist aus diesem Grund, dass die meisten interplanetarischen Strahlendruck-Untersuchungsmissionen Sonne grazers sind, dessen Augenhöhlenschussbahn sehr in der Nähe von der Sonne geht, so dass am Mittelpunkt die Reflektoren der Untersuchung zur Sonne gedreht werden können, beträchtliche Geschwindigkeit zum Handwerk hinzufügend.

Weil das Verhältnis der Fläche zum Volumen (und so Masse) Zunahmen mit der abnehmenden Partikel-Größe staubig (Mikrometer-Größe) Partikeln gegen den Strahlendruck sogar im Außensonnensystem empfindlich sind. Zum Beispiel ist die Evolution der Außenringe des Saturns bedeutsam unter Einfluss des Strahlendrucks.

Vektor von Poynting und Strahlendruck

S geteilt durch das Quadrat der Geschwindigkeit des Lichtes im freien Raum ist die Dichte des geradlinigen Schwungs des elektromagnetischen Feldes. Die zeitdurchschnittliche Intensität, die durch die Geschwindigkeit des Lichtes im freien Raum geteilt ist, ist der Strahlendruck, der durch eine elektromagnetische Welle auf die Oberfläche eines Ziels ausgeübt ist:

.

Im Sterninnere

Im Sterninnere sind die Temperaturen sehr hoch. Sternmodelle sagen eine Temperatur von 15 MK im Zentrum der Sonne voraus, und an den Kernen von superriesigen Sternen kann die Temperatur 1 GK überschreiten. Da der Strahlendruck als die vierte Macht der Temperatur klettert, wird es wichtig bei diesen hohen Temperaturen. An der Sonne ist Strahlendruck noch wenn im Vergleich zum Gasdruck ziemlich klein. In den schwersten Sternen ist Strahlendruck der dominierende Druck-Bestandteil.

Sonnensegel

Sonnensegel, eine vorgeschlagene Methode des Raumfahrzeugantriebs, würden Strahlendruck von der Sonne als eine Motiv-Kraft verwenden. Privates Raumfahrzeug Weltall 1 sollte diese Form des Antriebs verwendet haben. Die Idee wurde schon in 1924 vom sowjetischen Wissenschaftler Friedrich Zander vorgeschlagen.

Die Raumfahrterforschungsagentur von Japan (JAXA) hat ein Sonnensegel im Raum erfolgreich entfaltet, der bereits geschafft hat, seine Nutzlast mit dem IKAROS-Projekt anzutreiben.

Wirkung auf GPS Satelliten

Die Veränderlichkeit im Sonnenstrahlungsdruck setzt die einzelne größte Quelle des Fehlers im Modellieren der Augenhöhlendynamik von GPS Satelliten ein.

Strahlendruck in der Akustik

In der Akustik ist Strahlendruck die Einrichtungsdruck-Kraft, die an einer Schnittstelle zwischen zwei Medien wegen des Durchgangs einer Schallwelle ausgeübt ist.

Wenn Ton ins Volumen während der Fortpflanzung vertieft ist, entwickelt sich eine Körperstrahlenkraft. In einer Flüssigkeit erzeugt diese Kraft akustische Einteilung.

Das Laserabkühlen

Das Laserabkühlen wird auf kühl werdende Materialien sehr in der Nähe von der absoluten Null angewandt. Atome, die zu einer leichten Laserquelle reisen, nehmen eine doppler auf die Absorptionsfrequenz des Zielelements abgestimmte Wirkung wahr. Der Strahlendruck auf das Atom verlangsamt Bewegung in einer besonderen Richtung bis zu den Wirkungsbewegungen von Doppler aus der Frequenzreihe des Elements, eine gesamte kühl werdende Wirkung verursachend.

Weiterführende Literatur

• Dion, J. L.; Malutta, A.; Cielo, P., "Überschallinspektion von Faser-Suspendierungen", Die Zeitschrift der Akustischen Gesellschaft Amerikas, Bands 72, Ausgabe 5, November 1982, pp.1524-1526
• F.G. Mitri, "Theoretische Berechnung der akustischen Strahlenkraft, die elastischen und viscoelastic Zylindern folgt, hat in ein Flugzeug-Feld des Stehens oder quasistehenden Welle", Die europäische Physische Zeitschrift B - Kondensierte Sache und Komplizierte Systeme, Band 44, Ausgabe 1, März 2005, Seiten 71-78 gelegt.

http://dx.doi.org/10.1140/epjb/e2005-00101-0

• F.G. Mitri, "Theoretischer und experimenteller Entschluss von der akustischen Strahlenkraft, die einem elastischen Zylinder in einem Flugzeug progressive Welle — Fernbereich-Abstammungsannäherung", Neue Zeitschrift der Physik, des Bands 8, August 2006, Kunst folgt. Nr. 138.

http://dx.doi.org/10.1088/1367-2630/8/8/138

• F.G. Mitri "Zwingt die Berechnung der akustischen Radiation auf gekleideten kugelförmigen Schalen in progressiven und stehenden Flugzeug-Wellen", Ultrasonics, Band 44, Ausgabe 3, Juli 2006, Seiten 244-258.

http://dx.doi.org/10.1016/j.ultras.2006.02.002

• F.G. Mitri, "Akustische Strahlenkraft auf einem Bereich in der Steh- und Quasistehnullordnung Balken-Pinzette von Bessel", Annalen der Physik, des Bands 323, der Ausgabe 7, Juli 2008, Seiten 1604-1620.

http://dx.doi.org/10.1016/j.aop.2008.01.011