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KYGuan的博客  
数学、物理、力学中的趣味问题  
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光压公式与理想气压公式对反射系数的错误处理 2022-08-21 09:27:16

笔者在前一篇博文

一个涉及物理学与力学基础的趣味问题

提出了一个关于举重运动员的一次举杠铃活动中消耗多少卡路里能量的实际问题。在所列出的几篇中国《科学网》的相关博文中已指出,有关研究始发于2021年4月开始的关于太阳帆及 Crookes 辐射计的实验,它们涉及到电磁辐射束照到某表面,该表面对辐射的反射系数对辐射压强的影响。

按照正统电磁辐射压强公式(亦称 Maxwell-Bartoli 公式)以及按同样思路推导出的理想气体流的压强公式都认为,当辐射束或气流束射到物体表面时,物体表面的反射系数越大,物体表面受到射束的压强越大,特别在反射系数达到 1 时,该面受到的压强是无反射表面受到压强的一倍。 事实上该理论依据的是由动量守恒得到的如下假想图,该图出现在英文维基百科对光帆理论的解释上

                        图 1

但这种解释是完全错误的,因为它违背了能量守恒定律。事实上反射性越强,受照射的表面吸收的能量越少(因此收到的压强越小)。

试验事实(后面的视频显示实验结果):

  1. 人类直接观测到阳光可推动物体运动的现象是1873年 Crookes 辐射计(见图2)的光压实验。实验的结果是:当阳光落在辐射计时,辐射计的叶片被转动,黑色表面显然较反光面更容易被光推动。


    614rIkz-MgL._AC_SL1500_.jpg

                      图 2 Crookes 辐射计

  2. 半杯式风速计(见图3)实验,在风(气流束)作用下,凸面半杯对风的反射强凹面半杯对风的反射弱,因此凹面手打的风压更大。


    1661050972611864.jpg

    图 3 半杯式风速计

  3. 不锈钢彩色风车(见图4)实验,与风速计类似,凹面受到了更大的风压


    1661051990575043.jpg

    图 4 彩色金属风车

  4. 实验视频


    以上实验直接证明了关于辐射压强,气流压强的正统理论是错误的。详细的解释与公式可参考笔者上述博文提供的参考资料及笔者在科学网上从去年4月以来发布的其它博文。

    以后将陆续发布博文介绍有关的趣味问题



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文章评论
作者:King 回复 有哲 留言时间:2022-08-22 11:15:38

恭喜,你看到了其中的关键问题。该图摘自

https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_sail

它是正统光压理论与理想气流压强公示的共同基础,这些理论与公式都是错的!

回复 | 0
作者:有哲 留言时间:2022-08-22 09:25:07

你的矢量图中的“reaction force”的物理量应与其他矢量一致,不应该是“Force”。

回复 | 0
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