Эта история началась давно, году в 1992. Когда вам 10 лет, интерес к технике уже появился и набирает обороты, при чем стремительно. Эксперименты и опыты (не всегда безопасные), «а что будет если…?» и т.д.
В тот раз мы играли вспышкой от фотоаппарата. Кажется, от «Зенита». Вспышка в темноте, вспышка при свете, вспышка в глаз! Очень увлекательно! И тут пришла идея «выстрелить» в компакт-диск! Они тогда уже появились, как носители цифровой музыки, и считались верхом технологического прогресса. Яркая цветная радуга на поверхности диска приводила в трепет! А какая будет радуга от вспышки?! А давайте попробуем!
На счет радуги воспоминаний не осталось, а вот отчетливый удар от диска в руку запомнился! Это было нашим открытием. Мы повторяли это многократно — и каждый раз при вспышке диск легко вздрагивал. Тогда стало понятно, что яркий свет может обладать силой.
Годы шли, диски стали вполне обычным делом, а сейчас и вовсе выходят из употребления. Но детские впечатления остались.
На уроках физики рассказывали об опытах Петра Николаевича Лебедева, русского физика, который в 1901 году экспериментально исследовал давление света. В опытах была использована вертушка, имеющая черные и зеркальные лепестки, помещенная в вакуумированную колбу. Лебедев установил, что давление света зависит от интенсивности света и от отражающей способности тела.
Как сейчас помню, наша учительница физики – Антонина Яковлевна Митягина, ставила на стол эту колбу с маленьким флюгером внутри. А рядом с ней включали светильник из нескольких ламп. Лампы накаливания, ватт по 150, наверное. И флюгер начинал крутится! Сначала медленно, потом все быстрее! Когда светильник выключали, вращение прекращалось.
В нашем «детском» опыте не было вакуумной колбы, зато был мощный импульсный источник света и компакт диск с хорошей отражающей способностью!
Идея сделать специальный прибор для демонстрации давления света родилась давно, но реализовалась только сейчас. Можно было обходиться обычной вспышкой, но хотелось, чтобы вспышка была мощной, сильнее чем у фотокамер. Для более ощутимого удара.
За основу взял старую вспышку СЭФ2 – в ней стоял конденсатор на 300В 500мкф и одна лампа ИФК120.
Давайте поставим 3 лампы и конденсатор большей емкости. Плату управления возьмем от СЭФ2. Ей нет разницы, сколько ламп к ней подключено.
Расположение ламп выбрал «по кругу», чтобы концентрировать световой поток на диск. Корпус отражателя напечатали на 3d принтере.
Чтобы отражатель отражал, покрасил его эмалью «Хром» из баллончика. Чтобы окрашивание было равномерным, прикрепил его на вентилятор, который крутился. Получилось что-то вроде гончарного круга.
Чтобы лампы хорошо держались, надел им на кончики кембрики из пвх изоляции.
Корпус был полностью напечатан на 3d принтере. На сегодняшний день это самая крупная вещь, которую я печатал.
Защитное стекло вырезал из коробочки от компакт-диска. Режется оно очень плохо — трескается и крошится, но у меня все-таки получилось.
Разъем питания 220В, кабель и выключатель были взяты от лампы Navigator NEL. Когда-то было куплено много таких длинных люминесцентных ламп. Я делал из них подсветку для растений и соединял их параллельно. Поэтому множество разъемов и выключателей, а так же кабелей питания лежали в шкафу и ждали своего часа.
Кнопка для запуска была выбрана самая обычная — PBS-11B.
А вот мощного конденсатора не оказалось. Были только на 680мкф. Поставил такой, на 3 лампы его хватит. Если будет нужно, можно добавить ему параллельно еще такой же.
Когда дело дошло до подключения ламп, оказалось, что они не паяются. Совсем! Пришлось подобрать обжимные контакты для разъемов питания серии MF. По диаметру они плотно надевались на ножки ламп. Обжимать их было нечем, к ним я просто припаял провода. Номер для заказа контактов T-DS1073-02-SC600
И вот, наконец, всё устройство было собрано.
Оно тут же было испытано на компакт-диске. Да! Удар слабый, но вполне ощутимый. Этого достаточно для демонстрации силы света.
Кроме компакт-дисков проверил эффект на других предметах – пластиковой карточке, пластине от винчестера, обычном стекле, картоне.
Вывод такой – предмет должен быть блестящим, упругим и легким. Картон, хоть и белый, как-то амортизирует в себе удар, и рукой ничего не ощущается. Стекло тяжелое и прозрачное – эффекта почти нет. А вот от пластиковой карточки очень четко отдает в руку! Даже сильнее чем от диска. Видимо, она легче.
Еще один подопытный – пластина от винчестера, ведет себя очень интересно! Сама пластина тяжелее компакт-диска, но слишком легкая для алюминия. Последние поколения винчестеров изготавливают на стеклянных пластинах – их покрывают специальным составом, который блестит, как металл, но внутри стекло. Так вот, при вспышке вы чувствуете не только удар в руку, но и звон от пластины! Еще одно доказательство воздействия света. На этом видео можно сравнить звук от пластины и компакт-диска.
Вертушка из фольги, как в опытах Петра Лебедева, или на уроках физики – вещь труднодоступная.
Но можно попробовать провести опыт по-другому. Если в разряженном воздухе «выстрелить» в мелко нарезанную легкую фольгу или обрезки бумаги, они могут подпрыгнуть от светового удара. Вот только где взять такое разряжение? Специального насоса у меня нет, но есть «Вакумка»!
Это такие бытовые пластиковые контейнеры для хранения овощей, ягод и других продуктов. В комплекте с ней идет вакуумный насос. Вряд ли можно создать в ней хорошее разряжение, но попробуем.
Результат отрицательный. Ничего не подскакивает и не взлетает. Кроме того, из-за яркой вспышки, заметить какое-то движение на дне контейнера невозможно. Видео и фото процесса не сохранилось.
В моем окружении нашлись скептики, утверждающие, что все тактильные ощущения (удар от диска в руку) связаны с явлениями в периферической нервной системе человека или с магнитными полями, наведенными в предметах от мощного газового разряда в лампах.
Специально для таких скептиков я придумал новую схему опыта, который не зависит от субъективных ощущений конкретного человека.
Нужно на край корпуса положить пластиковую карточку так, чтобы она балансировала, как на весах. Для этого на край корпуса приклеил ровные отрезки проволоки. При вспышке карточка качается! Но увидеть это довольно трудно — нужно стоять рядом и смотреть на карточку. К тому же вспышка ослепляет, и заметить движение карточки сложно.Тогда я добавил к этой схеме лазерную указку!
Это изменило всё! Лазер отражается от карточки на стену. Пока карточка в покое, лазерная точка не двигается. После вспышки, малейшие колебания карточки вызывают движение лазерной точки на десятки сантиметров! Чем дальше стена, тем сильнее заметны колебания – все просто! При этом вспышка не ослепляет – смотреть нужно в другую сторону. Можно проводить демонстрацию для большой аудитории – лазерную точку видно отовсюду.
Правда, для чистоты эксперимента пришлось сделать дистанционное управление – кнопку на проводе. Иначе нажатие кнопки на корпусе вызывало колебания всего корпуса и карточки тоже.
Так же, специально для сомневающихся (уже не скептиков), был проведен контрольный опыт при закрытом световом потоке. Это нужно было для доказательства, что движение карточки вызвано именно ударом фотонов, а не вздрагиванием ламп при разряде. На окно вспышки кладется непрозрачный материал (картон) и опыт с карточкой и лазером повторяется. Карточка остается в покое – световой поток блокируется картоном. Был задан вопрос – «есть ли внутри карточки металлические части?». Ответ – для этого эксперимента была выбрана простая карточка из сплошного пластика – в ней нет никаких электронных компонентов, а считывание осуществляется по QR-коду. На этом вопросы кончились, сомневающихся тоже не осталось.
Это устройство можно использовать на лекциях о Солнце, кометах и путешествиях в космосе.
Показывать наглядно какое давление испытывают на себе аппараты, работающие вблизи Солнца – Parker Solar Probe (NASA) и Solar Orbiter (ESA). Давление света уменьшается пропорционально квадрату расстояния от Солнца. Если вы отлетаете в 2 раза дальше, то давление падает уже в 4 раза. Здесь, на Земле, мы его почти не чувствуем, а на теплозащитный экран зонда Parker Solar Probe оно действует, как удары молота.
Еще один интересный аспект – это использование солнечных парусов. Они работают как раз от этого давления, которое можно ощутить, поднеся диск или карточку к нашему прибору. Очень наглядно и информативно для лекций о космических путешествиях.
Кометы – хвостатые странницы Солнечной системы. Они тоже испытывают на себе давление света. Подлетая к Солнцу, комета отращивает длинный хвост, который может раздваиваться.
Jerry Lodriguss (Catching the Light www.astropix.com)
Это раздвоение вызвано солнечным ветром – ионный хвост (1 типа, газовый хвост) образуется при воздействии на комету заряженных частиц солнечного ветра и всегда направлен «от Солнца». Пылевой хвост (2 типа) получается потому, что кометная пыль отстаёт от ионного хвоста и отклоняется давлением света в направлении орбиты кометы. Заряженные частицы солнечного ветра на пыль не действуют.
То самое давление, что вы испытываете, держа карточку над вспышкой, вызывает отклонение пылевого хвоста комет!