Оптический подъем - это оптический аналог аэродинамического подъема , при котором изогнутый преломляющий объект с верхней и нижней поверхностями разной формы испытывает стабильную поперечную подъемную силу при помещении в однородный поток света . [1]
Открытие
Способность света оказывать давление на объекты, известная как давление излучения , была впервые постулирована в 1619 году и доказана в 1900 году. Это принцип, лежащий в основе солнечного паруса , который использует давление светового излучения для перемещения в пространстве . Исследование 2010 года, проведенное физиком Гровером Шварцлендером и его коллегами из Рочестерского технологического института в Рочестере, штат Нью-Йорк, показывает, что свет также способен создавать более сложную силу « подъемной силы », то есть силу, создаваемую крыловыми профилями , заставляющими самолет подниматься вверх. он движется вперед. Это исследование было опубликовано в декабре 2010 года в журнале Nature Photonics . Шварцлендер предсказал, наблюдал и экспериментально подтвердил в микрометровом масштабе, что при подаче луча лазерного света на полуцилиндрический преломляющий стержень он автоматически крутится под постоянным углом атаки , а затем демонстрирует равномерное движение . [1]
Эксперимент начался с компьютерных моделей, которые предполагали, что при падении света на крошечный объект в форме крыла к частице прилагается стабильная подъемная сила. Затем исследователи решили провести физические эксперименты в лаборатории и создали крошечные прозрачные стержни микрометрового размера, которые были плоскими с одной стороны и закругленными с другой, как крылья самолета. Они погрузили световые фольги в воду и обстреляли их инфракрасным лазерным светом мощностью 130 мВт из-под камеры. Радиационное давление толкает частицы в направлении распространения, это называется силой рассеяния , но возбуждение возникло, когда частицы были оттеснены в сторону в направлении, перпендикулярном направлению распространения света. Поперечная сила, действующая на частицы, - это подъемная сила. Исследователи обнаружили не только то, что стержни испытывают стабильный подъем, но и что, в зависимости от показателя преломления, стержень может иметь до двух стабильных углов атаки, на которые он поворачивается при воздействии лазерного света. Испытанные симметричные сферы не показали такого же подъемного эффекта. [2]
В оптическом подъеме, создаваемом «световой фольгой», подъем создается внутри прозрачного объекта, когда свет проходит через него и преломляется его внутренними поверхностями. В стержнях из световой фольги большая часть света уходит в направлении, перпендикулярном лучу, и поэтому эта сторона испытывает большее давление излучения и, следовательно, подъем. [2]
Возможное использование
Открытие в 2010 г. стабильной оптической подъемной силы некоторые физики считают «самым удивительным». [3] В отличие от оптического пинцета , градиент интенсивности не требуется для достижения поперечной силы. Таким образом, можно одновременно поднять множество стержней в одном квазиоднородном луче света. Swartzlander и его команда предлагают использовать оптические подвезти мощности микромашин, частицы транспорта микроскопических в жидкости, или помощь на самовыстраиваниях и рулевом управление солнечных парусов , [3] в виде космического движения для межзвездного космического полета. Солнечные паруса обычно предназначены для использования света, чтобы «толкать» космический корабль, тогда как Шварцлендер разработал свои световые крылья для подъема в перпендикулярном направлении; Здесь может быть применена идея возможности управлять будущим космическим кораблем с солнечным парусом. [4]
Шварцлендер сказал, что следующим шагом будет испытание световых фольг на воздухе и эксперименты с различными материалами с разными преломляющими свойствами и с некогерентным светом. [2]
Смотрите также
- Аэродинамический подъемник
- ИКАРОС - (Межпланетный воздушный змей, ускоренный радиацией Солнца)
- Лазерный движитель
- Оптическая сила
- Солнечный парус
Рекомендации
- ^ a b Swartzlander Jr, Grover A .; Тимоти Дж. Петерсон; Александра Б. Артузио-Глимпс и Алан Д. Райсанен (5 декабря 2010 г.). «Стабильный оптический подъемник». Природа Фотоника . 5 : 48–51. Bibcode : 2011NaPho ... 5 ... 48S . DOI : 10.1038 / nphoton.2010.266 .
- ^ а б в Эдвардс, Лин (7 декабря 2010 г.). «Впервые продемонстрирован оптический лифтинг» . Physorg . Проверено 9 декабря 2010 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ а б Палмер, Джейсон (8 декабря 2010 г.). « „ Lightfoil“Идея шоу свет может обеспечить подъем» . BBC News . Проверено 8 декабря 2010 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ Каку, Мичио (7 декабря 2010 г.). «Оптический подъемник может позволить нам управлять космическими кораблями на солнечных парусах [sic & # 93 и наноустройствами» . Большое Подумайте . Проверено 8 декабря 2010 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
Внешние ссылки
- Видео: Впервые продемонстрирован оптический лифтинг