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
5186
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
5186
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
17970
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
17970
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
5186
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
5186
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: Vlad IM


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