לחץ קרינה

לחץ קרינה הוא הלחץ המופעל על כל משטח החשוף לקרינה אלקטרומגנטית. אם המשטח בולע את הקרינה הפוגעת בו הלחץ שווה לצפיפות שטף האנרגיה של הפוטונים הפוגעים בו מחולק במהירות האור. אם המשטח מחזיר את הקרינה הלחץ מוכפל.

לדוגמה, צפיפות שטף האנרגיה של קרינת השמש על פני כדור הארץ היא 1,370 ואט למטר רבוע ולכן לחץ הקרינה של קרינת השמש על כדור הארץ (בהנחה שכולה נבלעת בו) הוא 4.6 מיקרו פסקל.

במרחק של יחידה אסטרונומית מהשמש לחץ הקרינה הוא כ-4.5 מיקרו פסקל כך שאם יוצרים מפרש מחומר, שמחזיר את קרינת השמש במלואה, בשטח של קילומטר מרובע, יופעל עליו כוח של כ-9 ניוטון.

גילוי

קיומו של לחץ הקרינה נובע ממשוואות מקסוול וג'יימס קלארק מקסוול הסיק את קיומו בשנת 1871. מדידה ניסויית ראשונה של הלחץ נעשתה בשנת 1900 על ידי פיוטר לבדב - פיזיקאי רוסי והיוותה ראייה ניסויית ראשונה לנכונותה של תורת מקסוול. בשנת 1924 בוצעו לראשונה מדידות מדויקות של לחץ אור על ידי אליס גולסן.

לחץ הקרינה הוא נמוך ביותר ולכן קשה למדידה. המדידה נעשית באמצעות מראות קטנות התלויות על חוט בריק ונחשפות לקרן אור עם צפיפות שטף אנרגיה ידועה. לחץ הקרינה מביא להטיית המראות ומידיעת קבוע הפיתול של החוט ומדידת זווית ההטיה של המראות ניתן לחשב את הכוח הפועל על המראה ועל ידי חלוקה בשטח המראות מקבלים את הלחץ הפועל עליהן.

תאוריה

משיקולים תרמודינמים ניתן להראות שלחץ הקרינה על משטח שחשוף לקרינה אחידה בכל הכיוונים הוא שליש מצפיפות האנרגיה ליחידת נפח מחולקת במהירות האור. אם המשטח נמצא בשיווי משקל תרמודינמי עם קרינת גוף שחור בטמפרטורה T, לפי חוק סטפן-בולצמן צפיפות האנרגיה היא $\ S=\sigma T^{4}$ ולכן הלחץ על הגוף יהיה $\ {\frac {4\sigma T^{4}}{3c}}$ . בתוך כוכבים כאשר הטמפרטורות יכולות להגיע למיליוני מעלות לחץ הקרינה הופך לחלק משמעותי בהתפתחות הכוכב.