La pressione di radiazione è la pressione esercitata da una onda elettromagnetica quando trasferisce quantità di moto a una superficie. Anche se spesso piccola, è una conseguenza diretta del fatto che la radiazione trasporta energia e impulso.
Per incidenza normale e assorbimento totale:
Per riflessione perfetta:
Il fattore 2 compare perché una superficie riflettente inverte la componente normale della quantità di moto della radiazione.
Significato dei simboli
| Simbolo | Significato |
|---|---|
| \displaystyle p_{\text{rad}} | pressione di radiazione |
| \displaystyle I | intensità media dell’onda, cioè valore medio del modulo del vettore di Poynting |
| \displaystyle c | velocità della luce nel vuoto |
Per una superficie con riflettanza ideale \rho e senza trasmissione, una forma utile è:
Con \rho=0 si ottiene l’assorbimento; con \rho=1 la riflessione perfetta.
Interpretazione con i fotoni
Un fotone di energia E_\gamma possiede quantità di moto:
Quando molti fotoni vengono assorbiti o riflessi da una superficie, il trasferimento cumulativo di quantità di moto produce una forza media e quindi una pressione.
Ordine di grandezza
Alla distanza media Terra-Sole, usando un’irradianza solare di circa 1361\ \mathrm{W/m^2}, la pressione per assorbimento è dell’ordine di:
Per una vela idealmente riflettente il valore raddoppia. La pressione è minuscola rispetto alle pressioni meccaniche quotidiane, ma nello spazio può produrre accelerazioni cumulative perché non richiede propellente.
Applicazioni
| Contesto | Ruolo della pressione di radiazione |
|---|---|
| vele solari | generazione di spinta continua da radiazione solare |
| ottica di precisione | forze su specchi, cavità e microstrutture |
| astrofisica | equilibrio tra gravità e radiazione in stelle e polveri |
| pinze ottiche | manipolazione di particelle microscopiche con fasci laser |
Un errore comune è associare la pressione di radiazione solo alla luce visibile. Qualunque radiazione elettromagnetica che trasporta energia può trasferire quantità di moto: radio, infrarosso, visibile, ultravioletto, raggi X e gamma.
Vedi anche: Vettore di Poynting, Onda elettromagnetica, Polarizzazione, Equazioni di Maxwell.