2014 dxdy logo

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки




Начать новую тему Ответить на тему
 
 Лазерный пинцет и сферическая линза
Сообщение24.12.2018, 16:57 


24/12/18
8
Однажды в ходе эксперимента Глюку было необходимо
«подвесить» прозрачный шарик радиусом $R =1,2 $ мкм с массой $m=10^{-12}$ г. Для этого он
решил использовать два встречных лазерных пучка специального сечения – в виде полукруга радиусом $ r = 0,2  $ мкм. Они направлялись на шарик с двух сторон по центру шарика точно над его
горизонтальным сечением. Показатель преломления вещества шарика $n =2,5$, отражением света от его поверхности и поглощением света внутри можно пренебречь. Какой должна быть
мощность пучков для удержания шарика? Ускорение свободного
падения считать равным $g=10$ $ \frac{ \text{м} }{c^2}$, скорость света $c=3 \cdot10^8 м/c$. В квантовой теории свет
можно рассматривать как поток фотонов – частиц, у которых энергия и импульс связаны соотношением $E=c \cdot \left\lvert p \right\rvert$.
Используя методы отсюда (topic131235.html):
1. Импульс переданный фотону $p=\frac{\varepsilon}{c}$
2. Переданный частице импульс $2p$
3. Мощность $P=N\varepsilon$, N-число фотонов Суммарная энергия фотонов $E=2P$
4. $F=mg$, а также ${P_{\Sigma} \over \Delta t}$. Из предположения $\Delta t =1c$ и прошлых формул $mg=\frac{2P}{c}$
Ну или $P=mgc$(с учетом полукруга ((по идее мощность нужна вдвое слабее для полукруга?))) Т.е это решение задачи для частицы, размеры которой много больше диаметра пучка лазера. А вот как подвязать к этому оптику ума не приложу, подскажите как побороться с проблемой? (11 класс, знаю только основы квантовой физики, но сейчас активно все штрудирую в поисках истины, помогите разобраться с задачей)

 Профиль  
                  
 
 Re: "Волновое" решение задачи удержания частицы лазером
Сообщение24.12.2018, 17:10 
Заслуженный участник


07/07/09
5168
IlyaM в сообщении #1363493 писал(а):
((Частица не отражает свет,


От границы раздела сред с разными показателями преломления свет отражается.

 Профиль  
                  
 
 Re: "Волновое" решение задачи удержания частицы лазером
Сообщение24.12.2018, 17:15 


24/12/18
8
Xey в сообщении #1363497 писал(а):
IlyaM в сообщении #1363493 писал(а):
((Частица не отражает свет,


От границы раздела сред с разными показателями преломления свет отражается.

Не так выразился, в задаче сказано: отражением света пренебречь

 Профиль  
                  
 
 Re: "Волновое" решение задачи удержания частицы лазером
Сообщение24.12.2018, 17:18 
Заслуженный участник


07/07/09
5168
IlyaM в сообщении #1363499 писал(а):
в задаче сказано

IlyaM в сообщении #1363493 писал(а):
пренебречь поглощением света внутри частицы

 Профиль  
                  
 
 Re: "Волновое" решение задачи удержания частицы лазером
Сообщение24.12.2018, 17:27 


24/12/18
8
Xey в сообщении #1363500 писал(а):
IlyaM в сообщении #1363499 писал(а):
в задаче сказано

IlyaM в сообщении #1363493 писал(а):
пренебречь поглощением света внутри частицы

"Показатель преломления вещества шарика n = 2.5, отражением света от его поверхности и поглощением света внутри можно пренебречь." скопировано из условия задачи.

 Профиль  
                  
 
 Posted automatically
Сообщение24.12.2018, 17:29 
Супермодератор
Аватара пользователя


09/05/12
17362
Кронштадт
 i  Тема перемещена из форума «Помогите решить / разобраться (Ф)» в форум «Карантин»
по следующим причинам:

- сделайте заголовок информативным;
- сформулируйте полностью условие задачи;
- неправильно набраны формулы (краткие инструкции: «Краткий FAQ по тегу [math]» и видеоролик Как записывать формулы);
- отсутствуют собственные содержательные попытки решения задачи.

Исправьте все Ваши ошибки и сообщите об этом в теме Сообщение в карантине исправлено.
Настоятельно рекомендуется ознакомиться с темами Что такое карантин и что нужно делать, чтобы там оказаться и Правила научного форума.

 Профиль  
                  
 
 Posted automatically
Сообщение24.12.2018, 20:46 
Супермодератор
Аватара пользователя


09/05/12
17362
Кронштадт
 i  Тема перемещена из форума «Карантин» в форум «Помогите решить / разобраться (Ф)»

 Профиль  
                  
 
 Re: Лазерный пинцет и сферическая линза
Сообщение24.12.2018, 21:05 


24/12/18
8
Появились продвижения, в задаче из топика, которую я приводил выше, лазер полностью огибал частицу, в моем же случае, он падает лишь на ее часть. Предлагается увеличить мощность в $\frac{S\text{полусф}}{S\text{сектора}}$ раз.
Второе, т.к. Частица поглощает свет, предлагаю скорость света делить на показатель преломления. Итого, получится что-то типа $P=\frac{mgc}{n}\cdot\frac{S\text{полусф}}{S\text{сектора}}$ (S выразится через радиусы - использовал все данные)
Upd:
Осознал, что мощность для полукруга надо увеличивать в 2 раза, в итоге формула:
$P=\frac{4mgc}{n}\cdot\frac{S\text{полусф}}{S\text{сектора}}$

 Профиль  
                  
 
 Re: Лазерный пинцет и сферическая линза
Сообщение24.12.2018, 21:27 
Заслуженный участник


07/07/09
5168
IlyaM в сообщении #1363503 писал(а):
вещества шарика n = 2.5,


В условии появился шарик, видимо с оптической поверхностью.
Для случая, когда подсветка с боков : после шарика лучи станут расходящимися и пойдут вниз, их реакция будет поддерживать шарик.
Для случая, когда луч снизу; после шарика он станет расходящимся, его импульс вверх уменьшится, реакция луча поддержит шарик.

 Профиль  
                  
 
 Re: Лазерный пинцет и сферическая линза
Сообщение25.12.2018, 08:25 


24/12/18
8
Xey в сообщении #1363537 писал(а):
IlyaM в сообщении #1363503 писал(а):
вещества шарика $n = 2.5$,


В условии появился шарик, видимо с оптической поверхностью.
Для случая, когда подсветка с боков : после шарика лучи станут расходящимися и пойдут вниз, их реакция будет поддерживать шарик.
Для случая, когда луч снизу; после шарика он станет расходящимся, его импульс вверх уменьшится, реакция луча поддержит шарик.

Так, давайте разбираться, что есть сила реакции? Правильно ли я понимаю, что надо рассмотреть пучок выходящий из частицы и учитывать площадь именно этого пучка? Тогда нужна площадь не сектора, а "выходящего" сектора? В таком случае нужно площадь сектора умножать на $\Gamma ^2 $ ? На рисунке я все проиллюстрировал.
Кстати, выяснил, что задача полный эквивалент той задачи из топика (topic131235.html), т.к. лазера 2, но полукруглых, а там один, но круглый. Поэтому сейчас выходит формула (не общая, общая громоздкая) $P=\frac{2mgc}{n}\cdot\frac{S\text{полусф}}{\Gamma^2 S\text{сектора}}$
Изображение

 Профиль  
                  
 
 Re: Лазерный пинцет и сферическая линза
Сообщение25.12.2018, 10:10 
Заслуженный участник


07/07/09
5168
IlyaM в сообщении #1363572 писал(а):
Так, давайте разбираться, что есть сила реакции?


Разбирайтесь.
Наверно лучше начать с силы реакции на плоское зеркало луча света , падающего по нормали поверхности зеркала.
Потом силу реакции на сферическое зеркало на луча, падающего по оси зеркала.
Потом силу реакции на сферическую преломляющую поверхность луча, падающего по оси .
И наконец то что требуется, силу реакцию на сферическую преломляющую поверхность луча, падающего не по оси , а параллельно оси преломляющей поверхности.

 Профиль  
                  
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 11 ] 

Модераторы: Jnrty, whiterussian, profrotter, Парджеттер, Eule_A, Pphantom, photon, Aer, Супермодераторы



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: SergeyGubanov


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group