Магистрант
  1. Классическая механика  1.1. Продвинутая кинематика  1.1.1. Обобщенные системы координат  1.1.2. Параметрические уравнения движения  1.1.3. Неинерциальные системы и фиктивные силы  1.1.4. Ковариантная формулировка импульса  1.1.5. Action-angle variable  1.2. Лагранжева и гамильтонова механика  1.2.1. Принцип минимального действия  1.2.2. Уравнения Эйлера-Лагранжа  1.2.3. Теорема Нётер и законы сохранения  1.2.4. Нормализованная скорость  1.2.5. Каноническое преобразование  1.2.6. Скобка Пуассона и теория Гамильтона–Якоби  1.2.7. Гамильтонова хаоса и интегрируемость  1.3. Мобильность жесткого тела  1.3.1. Euler's equations of motion  1.3.2. Principal moments of inertia  1.3.3. Гироскопическое движение и прецессия  1.3.4. Тензор инерции  1.3.5. Стабильность скорости вращения  1.4. Нелинейная динамика и хаос  1.4.1. Phase space and stability analysis  1.4.2. Секции Пуанкаре и теория бифуркации  1.4.3. Странные аттракторы и фракталы  1.4.4. Показатель Ляпунова  1.4.5. Теорема КАМ и квазипериодическое движение
  2. Электромагнетизм  2.1. Advanced Electrodynamics  2.1.1. Функция Грина и теория потенциала  2.1.2. Multipole expansion  2.1.3. Метод заряда изображения  2.1.4. Граничные условия и теорема о единственности  2.2. Распространение электромагнитных волн  2.2.1. Plane waves in dielectrics and conductors  2.2.2. Волноводы и резонаторы  2.2.3. Давление излучения и оптические пинцеты  2.2.4. Поляризация и теорема Джонса  2.3. Релятивистская электродинамика  2.3.1. Covariant formulation of electrodynamics  2.3.2. Потенциалы Лиенара-Вихерта  2.3.3. Синхротронное излучение и тормозное излучение  2.3.4. Тензор электромагнитного поля и преобразования Лоренца  2.4. Физика плазмы  2.4.1. Magnetohydrodynamics  2.4.2. Экранирование Дебая и плазменные колебания  2.4.3. Волны Альфвена и удержание в токамаке  2.4.4. Нестабильности и турбулентность в плазме
  3. Статистическая механика и термодинамика  3.1. Продвинутая термодинамика  3.1.1. Преобразования Лежандра и термодинамические потенциалы  3.1.2. Теорема флуктуаций-диссипации  3.1.3. Онсагерские взаимные отношения  3.1.4. Critical events and phase transitions  3.2. Квантовая статистическая механика  3.2.1. Density Matrix and Ensemble Theory  3.2.2. Конденсаты Бозе – Эйнштейна  3.2.3. Квантовый фазовый переход  3.2.4. Статистика Ферми–Дирака и Бозе–Эйнштейна  3.2.5. Функции распределения и большие канонические ансамбли
  4. Квантовая механика  4.1. Углубленная механика волн  4.1.1. Приближение ВКБ  4.1.2. Формулировка с использованием интегралов по путям  4.1.3. Quantum harmonic oscillator and coherent states  4.2. Угловой момент и спин  4.2.1. Сферические Гармоники  4.2.2. Клебш–Гордан коэффициент  4.2.3. Теорема Вигнера–Экарта  4.2.4. Спин-орбитальное взаимодействие  4.3. Теория квантового рассеяния  4.3.1. Приближение Борна  4.3.2. Анализ частичных волн  4.3.3. Оптическая теорема  4.3.4. Теория S-матрицы  4.4. Quantum field theory  4.4.1. Вторая квантование  4.4.2. Диаграммы Фейнмана и пропагаторы  4.4.3. Теория перенормировки  4.4.4. Gauge theory and Yang–Mills fields  4.4.5. Спонтанное нарушение симметрии и механизм Хиггса
  5. Общая теория относительности и космология  5.1. Тензорное исчисление и дифференциальная геометрия  5.1.1. Уравнения Эйнштейна  5.1.2. Метрики Шварцшильда и Керра  5.1.3. Геодезия и символы Христоффеля  5.2. Космология и Вселенная  5.2.1. Метрика Фридмана-Леметра-Робертсона-Уокера и космическая инфляция  5.2.2. Темная энергия и образование структур  5.2.3. Космическое микроволновое фоновое излучение
  6. Физика конденсированного состояния  6.1. Структура зон и теория переноса  6.1.1. Теорема Блоха и модель Кронига-Пенни  6.1.2. Топология поверхности Ферми  6.1.3. Квантовый эффект Холла  6.2. Superconductivity  6.2.1. BCS theory and Cooper pairs  6.2.2. Эффект Мейснера и квантизация потока  6.2.3. The Josephson Effect and SQUIDs  6.3. Топологические фазы вещества  6.3.1. Топологические изоляторы  6.3.2. Фермионы Майораны в топологических фазах материи
  7. Nuclear and Particle Physics  7.1. Квантовая хромодинамика (КХД)  7.1.1. Кварк-глюонная плазма  7.1.2. Асимптотическая свобода  7.1.3. Конфайнмент и адронизация  7.2. За пределами Стандартной модели  7.2.1. Великие объединённые теории  7.2.2. Суперсимметрия и дополнительные измерения  7.2.3. Neutrino oscillations

Магистрант → Электромагнетизм → Распространение электромагнитных волн ↓


Давление излучения и оптические пинцеты


Концепции давления излучения и оптических пинцетов - это увлекательные темы в области электромагнетизма, которые включают манипулирование и понимание электромагнитных волн. Эти концепции имеют важные применения в физике, биологии и инженерии, особенно в манипулировании малыми частицами, такими как атомы, молекулы и даже клетки.

Давление излучения

Давление излучения относится к давлению, оказываемому на поверхность электромагнитным излучением. Концепция возникает из передачи импульса от фундаментальных частиц света, фотонов, на поверхность, которую они ударяют. Когда фотоны ударяются о поверхность, они могут передавать импульс, оказывая небольшую силу. Этот эффект обычно очень слаб, но измерим и важен в различных контекстах, от солнечных парусов до оптической ловушки в космических исследованиях.

Понимание передачи импульса

Фотоны, несмотря на отсутствие массы, имеют импульс, который определяется следующей зависимостью:

p = frac{E}{c}

где p - импульс, E - энергия фотона, а c - скорость света в вакууме.

Когда фотоны поглощаются или отражаются поверхностью, изменение импульса проявляется как сила. Для идеально отражающей поверхности изменение импульса вдвое больше, чем у поглощающей поверхности. Давление излучения P определяется следующим образом:

P = frac{I}{c}

Для поверхности с полным поглощением, и

P = frac{2I}{c}

Для идеально отражающей поверхности. Здесь I - интенсивность электромагнитной волны.

Солнечные паруса и космические исследования

Важное применение давления излучения заключается в солнечных парусах, используемых для космической пропульсии. Размахивая большими зеркальными парусами в космосе, космические аппараты могут использовать давление излучения от солнечного света для передвижения без обычного топлива. Это использование светового давления для пропульсии демонстрирует новое применение в космических исследованиях, предоставляя метод для межзвездных путешествий благодаря постоянному толчку от солнечного света.

солнечный свет

Оптические пинцеты

Оптические пинцеты используются для манипулирования микроскопическими частицами, применяя к ним очень малые силы с помощью сильно сфокусированного лазерного луча. Эта техника была удостоена Нобелевской премии по физике в 2018 году, что подчеркивает ее важность и разнообразные применения, особенно в биологических науках.

Принцип действия

Установка оптического пинцета использует сильно сфокусированный лазерный луч, который создает градиент интенсивности света. Этот градиент генерирует силу, которая может захватывать и манипулировать микроскопическими частицами. Основной баланс силы можно разделить на два компонента:

  • Градиентная сила: Эта сила тянет частицу к области наивысшей интенсивности света, обычно к центру луча. Она главным образом ответственна за захват частицы.
  • Рассеяния сила: Эта сила возникает из-за передачи импульса от фотона к частице, толкая ее в направлении распространения света.

Этот захват происходит, когда градиентная сила сильнее рассеивающей силы и успешно удерживает частицу на месте.

лазерный луч Частица

Применение оптических пинцетов

Оптические пинцеты широко используются в биологических исследованиях для манипуляции и изучения клеток, ДНК и других биомолекул без физического контакта или повреждений. Некоторые из заметных применений включают:

  • Изучение механических свойств ДНК и других биомолекул.
  • Сортировка и анализ клеток, особенно в идентификации и разделении различных типов клеток.
  • Мониторинг биологических процессов, таких как укладка белков или клеточные взаимодействия.

Сравнение и значимость

И давление излучения, и оптические пинцеты демонстрируют манипулирование веществом с помощью света. В то время как давление излучения включает в себя более равномерное приложение силы, оптические пинцеты используют точное и локализованное управление для захвата и манипулирования частицами. Эти концепции подчеркивают универсальность света в научных приложениях.

Изучение давления излучения и оптических пинцетов подчеркивает увлекательный интерфейс между светом и материей. Их теории вносят значительный вклад в технологии и понимание в таких областях, как космические исследования и биомедицинские исследования, расширяя сферу возможностей.

Понимание этих концепций приводит к более глубокому пониманию тонких и глубоких эффектов, которые электромагнитные волны оказывают на Вселенную, и изменяет наш подход как к исследованию, так и к тонкой манипуляции.


Магистрант → 2.2.3


U
username
0%
завершено в Магистрант

← Предыдущий (2.2.2)
Волноводы и резонаторы
Следующий (2.2.4) →
Поляризация и теорема Джонса

Комментарии 



Давление излучения и оптические пинцеты

https://www.physicsflow.com/g/2.2.3?pfal=ru