Pressione di radiazione

La luce trasporta non solo energia ma anche quantità di moto: colpendo una superficie, la spinge. La pressione esercitata da un’onda elettromagnetica è:

Pressione di radiazione

$\ev{P_\text{rad} = \frac{|\vec{I}|}{c}}$

Questa formula vale per una superficie che assorbe tutta la radiazione. Se invece la superficie la riflette completamente, la quantità di moto cambia di segno anziché azzerarsi, e la pressione raddoppia: $P_\text{rad} = 2|\vec{I}|/c$. Microscopicamente: i fotoni portano quantità di moto $p = E/c$, e cederla (o invertirla) genera una forza sulla superficie.

Esempio — Una vela solare

Con $|\vec{I}| = 1{,}4\;\text{kW/m}^2$ (l’irradianza solare all’orbita terrestre), la pressione di radiazione è $P_\text{rad} = \frac{1400}{3\cdot 10^8} \approx 4{,}7\cdot 10^{-6}\;\text{Pa}$ Una vela di $100\;\text{m}^2$ riceve una forza di soli $4{,}7\cdot 10^{-4}$ N: minuscola, ma costante e senza carburante. Il principio è usato in vere missioni spaziali come la sonda IKAROS (2010) e LightSail (2019).

La pressione di radiazione è pari alla densità di energia dell’onda (per un assorbitore): un legame profondo tra energia trasportata e spinta esercitata. Su scala astronomica è responsabile della coda delle comete, sempre orientata in direzione opposta al Sole.

Collegamenti

Argomenti: Onde elettromagnetiche Concetti: Pressione di radiazione · Vettore di Poynting

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