Warum gibt Licht kein Impuls?
Wenn das Licht mit 300.000 m/s aus meiner Taschenlampe hinausgeschossen wird und auf ein hängendes schwarzes Blattpapier trifft, wieso schlägt das ausgebremste Licht dann das Papier nicht nach hinten?
Bei so viel Energie wie Licht nun mal hat, müsste doch auch wenn die Masse der Photonen gering ist eine minimale Aufprallbewegung erzielt werden. Aber es passiert nichts.
Wieso ist das so?
7 Antworten
Licht überträgt einen Impuls. Dieser Impuls ist aber so klein das er in der Atmosphäre überhaupt keine Rolle spielt, schon allein die Impulse die durch die Gasteilchen aufgrund der Wärmebewegung übertragen wird sind deutlich größer. Man müsst schon irrsinnig hohe Lichtströme verwenden um den Effekt zu sehen, und auch dann wird man eher die Effekte durch die erwärmte Luft auf der beleuchteten Seite sehen. Im Weltall ist es allerdings möglich Objekte mittels Impulsübertrag durch Licht zu bewegen.
Die Lichtgeschwindigkeit beträgt übrigens 299 792 458 m/s.
auch wenn die Masse der Photonen gering ist
Die Masse der Phtonen ist nicht nur gering, sondern gleich 0. In der klassischen Mechanik könnte Licht demnach überhaupt gar keinen Impuls übertragen.
In der speziellen Relativitätstheorie (und in der experimentellen Praxis) übertragen Photonen jedoch sehr wohl einen Impuls. Aus der Energie-Impuls-Beziehung...
... erhält man aufgrund der fehlenden Masse der Photonen...
Im Folgenden betrachte ich ein Rechenbeispiel, welches die Größenordnung dieses Impulses bei Licht verdeutlichen soll.
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Rechenbeispiel:
Sagen wir, die Lampe gibt Licht mit einer Leistung von P = 5 W ab. Wie groß ist dann der gesamte Impuls der Photonen, die innerhalb einer Zeit von Sekunde t = 1 übertragen wird?
Die Energie der Photonen in dieser Zeit beträgt...
Dividiert durch die Lichtgeschwindigkeit, erhält man den Impuls...
Das sieht nicht nur nach einem kleinen Wert aus. Das ist ein recht kleiner Wert.
Wenn ein etwa 5 Gramm schweres A4-Blatt diese Impulsänderung erfährt, ändert sich die Geschwindigkeit des Papierblatts gerade einmal um etwa 0,000003 m/s.
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Der von dir genannte Wert der Lichtgeschwindigkeit ist übrigens um etwa einen Faktor 1000 zu gering. Die Lichtgeschwindigkeit beträgt nicht „300.000 m/s“, sondern etwa 300 000 km/s bzw. etwa 300 000 000 m/s.
Die bremsende Wirkung der Luft und die Massenträgheit des Papiers ist viel zu groß, um das bisschen Energie des Taschenlampenlichts wirken zu lassen.
Im Weltraum wäre das anders. Sonnensegel zum Antrieb von Raumfahrzeugen wurden bereits von der NASA getestet.
Weil der Impuls zu schwach ist. Man will das in der Raumfahrt aber mit riesigen Sonnensegeln versuchen. Der Vortrieb ist auch gering, aber bei einer Reise über mehrere Jahre, könnte es Sinn machen.
Das geht schon. Aber du brauchst ein extrem dünnes stark eeflektierendes Metallblättchen, denn wenn es reflektiert, wirkt der Impuls doppelt, und Laser.