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과학

복사압

복사압과학
영어
Radiation pressure
완전 흡수와 수직 입사
p=I/c
완전 반사와 수직 입사
p=2I/c
I의 의미
입사파의 평균 세기
복사압은 빛을 비롯한 전자기 복사가 물체에 운동량을 전달하며 가하는 압력이다. 진공에서 수직으로 입사하는 빛을 완전히 흡수하는 정지 표면은 평균 p=I/c, 이상적으로 반사하는 표면은 p=2I/c의 압력을 받는다.

에너지뿐 아니라 운동량

빛은 물체를 가열할 수 있을 뿐 아니라 운동량을 전달할 수도 있다. 압력은 단위 면적당 힘이므로 입사 에너지의 양만이 아니라 운동량이 얼마나 바뀌는지를 따져야 한다. 복사압은 공기가 부딪히는 바람의 압력과 달리 진공에서도 나타난다.

반사에서 두 배가 되는 이유

완전 흡수에서는 입사한 운동량이 물체로 전달된다. 수직 완전 반사에서는 빛의 운동량 방향이 반대로 바뀌어 물체에 전달되는 양이 더 크다. 이 조건에서 압력이 두 배가 되지만 비스듬한 입사나 부분 반사 표면에 같은 수치를 무조건 적용할 수는 없다.

크기 계산

평균 세기 600 W/m²의 빛을 수직으로 완전히 흡수하면 c≈3×10⁸ m/s를 써서 압력은 약 2×10⁻⁶ Pa다. 같은 조건의 완전 반사에서는 약 4×10⁻⁶ Pa다. 압력이 작아도 넓은 면적이나 긴 작용 시간에는 운동에 영향을 줄 수 있다.

다른 효과와 구별

태양빛을 이용하는 돛은 빛의 운동량 전달을 활용하는 예다. 반면 태양풍은 하전 입자의 흐름이므로 복사압과 같은 원인으로 취급해서는 안 된다. 가열로 기체가 팽창하거나 물질이 분출되며 생기는 힘도 복사압 자체와 구별한다.

관련 문서

광자 / 운동량 / 포인팅 벡터 / 전자기파 / 압력 / 태양 / 반사 / 에너지 보존 법칙