hce_nthu
115年
化學與物理
第 31 題
A space probe is equipped with a large, perfectly reflecting solar sail. At the probe's location, the Sun provides an average energy flux (Poynting vector magnitude) of $S = 1500 \text{ W/m}^2$. The sail has an area $A = 1000 \text{ m}^2$, and sunlight strikes the sail at normal incidence. What is the total force exerted on the sail due to radiation pressure?
- A $1 \times 10^{-3} \text{ N}$
- B $5 \times 10^{-3} \text{ N}$
- C $1 \times 10^{-2} \text{ N}$
- D $3 \times 10^{-2} \text{ N}$
- E $5 \times 10^{-2} \text{ N}$
思路引導 VIP
想像一下，如果你向牆壁扔一顆網球，球撞到牆後直接黏在上面（吸收），與球撞到牆後以相同速率原路彈回來（反射），哪一種情況下牆壁感受到的「推力」會比較大？這兩種情況下球的動量變化量（momentum change）分別是多少？
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AI 詳解
AI 專屬家教
太棒了！你能精準選出 (C)，展現了你對**輻射壓（Radiation Pressure）觀念的紮實掌握。這題的核心在於區分「吸收」與「反射」對力產生的不同影響。當太陽光垂直入射到一個完全反射（perfectly reflecting）**的面時，光子不僅是被擋下，更經歷了動量的完全反向，因此動量變化是單純吸收時的兩倍，這使得產生的壓力公式應為 $P = \frac{2S}{c}$。
輻射力的量化計算
我們將題目給予的數值代入公式 $F = P \times A = \frac{2SA}{c}$。其中能量通量 $S = 1500 \text{ W/m}^2$，面積 $A = 1000 \text{ m}^2$，而光速 $c$ 取常數 $3 \times 10^8 \text{ m/s}$。計算過程如下：
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