问题
计算题
科学家设想在未来的航天事业中用太阳帆来加速星际宇宙飞船。按照近代光的粒子说,光由光子组成,飞船在太空中张开太阳帆,使太阳光垂直射到太阳帆上,太阳帆面积为s,太阳帆对光的反射率为100%,设太阳帆上每单位面积每秒到达n个光子,每个光子的动量为p,如飞船总质量为m,求飞船加速度的表达式。如太阳帆面对阳光一面是黑色的,情况又如何?
答案
解:时间t内有nSt个光子入射到太阳帆上,这些光子的动量变化为2pnSt,太阳帆对这些光子的作用力为F,由动量定理得
Ft=2pnSt,F=2pnS
所以太阳帆的加速度
如太阳帆面对太阳光一面是黑色的,即光子照射后被完全吸收,时间t内光子的动量变化为pnSt
同理可得太阳帆的加速度为