Problema — Pressione di radiazione e code delle comete

Testo

Perché un’onda elettromagnetica esercita una pressione sulla superficie che la riceve? Discuti il caso di una cometa, la cui coda di polveri è orientata in direzione opposta al Sole.

Soluzione

Perché c’è una pressione. La radiazione EM trasporta, oltre all’energia, anche quantità di moto. Per un fotone di energia $E$ la quantità di moto è $p=\frac{E}{c}$ Quando la radiazione colpisce una superficie e viene assorbita, cede tutta la sua quantità di moto: come una raffica di proiettili, esercita una forza e quindi una pressione. La pressione di radiazione su una superficie assorbente vale $P_\text{rad}=\frac{I}{c}$ dove $I$ è l’intensità dell’onda. Se la superficie è perfettamente riflettente, la quantità di moto viene invertita e la pressione raddoppia: $P_\text{rad}=\frac{2I}{c}$

Il caso della cometa. Il Sole irraggia in tutte le direzioni. Sulle minuscole particelle di polvere della cometa la pressione di radiazione (insieme al vento solare, un flusso di particelle) esercita una spinta diretta radialmente verso l’esterno, cioè lontano dal Sole. Per questo la coda di polveri punta sempre in direzione opposta al Sole, indipendentemente dal verso in cui la cometa si sta muovendo lungo la sua orbita.

Sintesi $p=E/c$; assorbita la cede $\to$ $\ev{P_\text{rad}=I/c}$ (doppia se riflessa). Sulla cometa questa spinta orienta la coda sempre in direzione opposta al Sole.

La radiazione porta quantità di moto

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Argomenti: Onde elettromagnetiche Concetti: Pressione di radiazione · Fotone