Question

一道物理竞赛题

垂直照射到物体表面上的光子被反射时由于动量改变会对被照射的物体产生冲力,有人设想用光子为动力推动宇宙探测器加速运动,在探测器上安装面积为4104 m2的反射性能极好的薄膜,薄膜正对太阳时每平方米上太阳光辐射功率为1.35 kW,探测器总质量为100 kg,若不计其他损耗,则探测器获得的加速度为______.(根据爱因斯坦质能方程,光子能量E=mc2=Pc,其中P为光子动量,c为光子速度)

这个题的思路和过程是什么?谢谢!
答案:3.6*10-3 m / s2

Answer 1

每平方米上太阳光辐射功率为1.35 kW 说明每秒的能量就是1.35 k 焦每平方米

面积为4104 m2的反射性能极好的薄膜 就是 1.35 * 4104 k 焦

根据光子能量E=mc2=Pc

那么一秒所有光子的动量就是： p=E/c =1.35 * 4104 k 焦/c

垂直照射到物体表面上的光子被反射时由于动量改变 变成 -p

现在根据动量受衡： 那么探测器获得的动量就是 2p

动量改变量是冲量引起的，则有 F*1秒=2p

解得 F=2*1.35 * 4104 k 焦/c

那么a=F/m =2*1.35 * 4104 k 焦/（c*100 kg）

代入数据 就可以得到答案。