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ENGLISH
23-05-2025 - Physics - Radiation pressure [EN]-[IT]
With this post I would like to give a brief instruction about the topic mentioned in the subject
(code notes: X_13)
Radiation pressure
image created with artificial intelligence, the software used is Microsoft Copilot
Radiation pressure
In the last article I made I mentioned a few things regarding electromagnetic waves. I would now like to spend some time talking about radiation pressure.
What is radiation pressure?
Radiation pressure is the pressure exerted by an electromagnetic wave on a surface when it absorbs or reflects radiation. This phenomenon occurs because electromagnetic waves do not only carry energy, but also momentum. Basically when a reaction interacts with a surface it transfers momentum to this surface and generates a force, consequently it generates pressure.
As for the mathematical formula of drafting pressure, we have two basic formulas. One refers to an absorbing surface, while the other refers to a perfect reflecting surface. Both are shown below.
-Absorbent surface
-Perfect reflective surface
Where:
P = radiation pressure (in pascals, Pa)
I = intensity of the electromagnetic wave (in watts per meter squared, W/m²)
c = speed of light in a vacuum
Incidence on the surface
Suppose a plane electromagnetic wave strikes a surface
arranged orthogonally to the direction of propagation and on it there is a surface charge density σ. The fields carried by the wave will have an effect on the charges of the surface given by the generalized Lorentz force. In particular, the electromagnetic field of the wave will exert a force per unit of surface.
In simple terms, incidence is the way in which a wave arrives on a surface.
Note: The Lorentz force is the force that acts on an electric charge in the presence of electric and magnetic fields.
Radiation pressure in comets
Now let's travel a little in space, we are no longer with our feet on the ground. Comets, in their approach to the sun in their orbit, undergo a process of evaporation of the surface ice, in which neutral dust grains and ions with an electric charge are present.
NOTE: Dust grains are the microscopic solid particles found in the nucleus and coma of comets.
Why are we talking about radiation pressure in comets?
Because radiation pressure is a physical phenomenon typical of astrophysics and full knowledge of this physical phenomenon allows us to design space missions correctly.
Who were the first to study radiation pressure?
The first person to predict radiation pressure theoretically was James Clerk Maxwell (1831–1879).
Instead, the first person to experimentally demonstrate radiation pressure was the Russian physicist Pyotr Lebedev (1866–1912)
It was 1899 when Lebedev measured the force exerted by light on small bodies suspended in a partial vacuum. Let us remember that light is a form of electromagnetic wave.
Although it was 1899, the Russian physicist conducted incredibly sophisticated experiments for the time and experimentally demonstrated that light exerts mechanical pressure. Lebedev confirmed that light carries momentum and this is where the fun begins, because from here we could then start with various ideas and experiments that gave birth to solar sails.
Conclusions
Radiation pressure is a force exerted by an electromagnetic wave on a surface. Radiation pressure, although very small, becomes important in space to create fuel-free propulsion systems.
Question
Solar sails are a space propulsion technology that pushes a spacecraft through space, without fuel.
Did you know that solar sails use radiation pressure for space propulsion?
ITALIAN
23-05-2025 - Fisica - La pressione di radiazione [EN]-[IT]
Con questo post vorrei dare una breve istruzione a riguardo dell’argomento citato in oggetto
(code notes: X_13)
La pressione di radiazione
immagine creata con l’intelligenza artificiale, il software usato è Microsoft Copilot
La pressione di radiazione
Nell’ultimo articolo fatto avevo accennato un po’ di cose per quanto riguarda le onde elettromagnetiche. Vorrei adesso spendere un po’ di tempo per parlare della pressione di radiazione.
Che cos’è la pressione di radiazione?
La pressione di radiazione è la pressione esercitata da un’onda elettromagnetica su una superficie quando questa assorbe o riflette la radiazione. Questo fenomeno avviene perché le onde elettromagnetiche non trasportano solo energia, ma anche quantità di moto. Sostanzialmente quando una reazione interagisce con una superficie trasferisce a questa superficie quantità di moto e genera una forza, di conseguenza genera una pressione.
Per quanto riguarda la formula matematica della pressione di redazione, abbiamo due formule fondamentali. Una si riferisce ad una superficie assorbente, mentre l’altra si riferisce ad una superficie riflettente perfetta. Qui di seguito sono mostrate entrambi.
-Superficie assorbente
-Superficie riflettente perfetta
Dove:
P = pressione di radiazione (in pascal, Pa)
I = intensità dell'onda elettromagnetica (in watt per metro quadrato, W/m²)
c = velocità della luce nel vuoto
Incidenza sulla superficie
Si supponga che un’onda elettromagnetica piana vada ad incidere su una superficie
disposta ortogonalmente alla direzione di propagazione e su di essa sia presente una densità superficiale di carica σ. I campi trasportati dall’onda avranno un effetto sulle cariche della superficie dato dalla forza di Lorentz generalizzata. In particolare il campo elettromagnetico dell’onda eserciterà una forza per unità di superficie.
In parole semplici, l’incidenza è il modo in cui un’onda arriva su una superficie.
Nota: La forza di Lorentz è la forza che agisce su una carica elettrica in presenza di campi elettrici e magnetici.
La pressione di radiazione nelle comete
Adesso viaggiamo un pochino nello spazio, non stiamo più con i piedi per terra. Le comete, nel loro avvicinamento al sole nella loro orbita, sottostanno a un processo di evaporazione del ghiaccio superficiale, in cui sono presenti i grani di polvere neutri e ioni dotati di carica elettrica.
NOTA: I grani di polvere sono le particelle solide microscopiche che si trovano nel nucleo e nella chioma delle comete.
Perché stiamo parlando della pressione di radiazione nelle comete?
Perché la pressione di radiazione è un fenomeno fisico tipico dell'astrofisica e la piena conoscenza di questo fenomeno fisico permette di progettare missioni spaziali in maniera corretta.
Chi sono i primi che hanno studiato la pressione di radiazione?
Il primo che è riuscito a prevedere la pressione di radiazione a livello teorico è stato James Clerk Maxwell (1831–1879).
Invece il primo a dimostrare sperimentalmente la pressione di radiazione è stato il fisico russo Pyotr Lebedev (1866–1912)
Era il 1899 quando Lebedev misurò la forza esercitata dalla luce su piccoli corpi sospesi in vuoto parziale. Ricordiamo che la luce è una forma di onda elettromagnetica.
Nonostante fosse il 1899 il fisico russo condusse degli esperimenti incredibilmente raffinati per quell’epoca e dimostrò sperimentalmente che la luce esercita una pressione meccanica. Lebedev confermò che la luce trasporta quantità di moto ed è qui che arriva il bello, perché da qui poi si potè partire con svariate idee ed esperimenti che diedero vita alle vele solari.
Conclusioni
La pressione di radiazione è una forza esercitata da un’onda elettromagnetica su una superficie. La pressione di radiazione, pur essendo molto piccola, diventa importante nello spazio per creare sistemi di propulsione senza carburante.
Domanda
Le vele solari sono una tecnologia di propulsione spaziale che spingere una navicella attraverso lo spazio, senza carburante.
Lo sapevate che le vele solari utilizzano la pressione di radiazione per la propulsione spaziale?
THE END
