Experimentalphysik II – ¨Ubungsblatt 10 28 Lineare und zirkulare

Experimentalphysik II – Übungsblatt 10
Prof. Dr. Jürgen Blum
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Lineare und zirkulare Polarisation
Eine zirkular polarisierte Welle nennt man rechts-zirkular polarisiert, wenn der elektrische und der magnetische Feldvektor im Uhrzeigersinn rotieren (in Ausbreitungsrichtung
betrachtet). Entsprechend ist eine Welle links-zirkular polarisiert, wenn die Feldvektoren
entgegen dem Uhrzeigersinn rotieren.
a) Betrachten Sie fogende Welle:
~ = E0 sin (k x − ω t) e~y + E0 cos (k x − ω t) e~z .
E
(1)
Hierbei sind e~y und e~z die Einheitsvektoren in y- und in z-Richtung. In welchem
Drehsinn ist diese Welle polarisiert? Wie lautet der entsprechende Ausdruck für
eine im gegenläufigen Drehsinn zirkular polarisierte Welle. Geben Sie für beide Fälle
jeweils das dazugehörige magnetische Feld an.
b) Zeigen Sie, dass eine linear polarisierte Welle als Überlagerung einer rechts-zirkular
und einer links-zirkular polarisierten Welle beschrieben werden kann.
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Strahlungsdruck und Kometenschweif
Kometen sind eisige Staubkörper, die bei ihrem nahen Vorbeiflug an der Sonne durch die
Sonneneinstrahlung erwärmt werden. Dies führt zur Sublimation der eisigen Bestandteile
und damit zur Ausgasung der Kometen. Durch die ausströmenden Gase werden mikrometergroße Staubpartikel ausgestoßen, die den Staubschweif des Kometen bilden.
a) Berechnen Sie die Kraft, die durch den Strahlungsdruck der Sonneneinstrahlung, auf
die Staubpartikel in einem Sonnenabstand von 2 AE (1 AE = 1, 5 × 1011 m) wirkt.
Gehen Sie davon aus, dass die Staubpartikel perfekt absorbierende Kugeln mit einem
Durchmesser von 1 µm sind. Verwenden Sie für Ihre Rechnung die Solarkonstante:
E0 = 1, 367 kW m2 . Die Solarkonstante ist die auf einen Quadratmeter einfallende
Strahlungsleistung in einem Sonnenabstand von 1 AE.
b) Stellen Sie die Bewegungsgleichung für die Staubteilchen im Gravitationsfeld der
Sonne auf. Berücksichtigen Sie dabei den Strahlungsdruck, der auf die Staubteilchen wirkt. Gehen Sie jetzt davon aus, dass die Staubteilchen unterschiedlich groß
sind. Kann man etwas aus der Bewegungsgleichung über den Staubschweif lernen?
(Hinweis: Schreiben Sie die beiden wirkenden Kräfte als Funktion des Partikelradius.)
c) Wie verändert sich die Bewegungsgleichung der Staubteilchen mit zunehmenden
Abstand von der Sonne?
1
,→ bitte Rückseite beachten
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Lichtmühle
Betrachten Sie eine zweiarmige Lichtmühle in einem luftleeren, abgeschlossenen Glasgefäß
(siehe Abb. 1). Die beiden Flügel der Lichtmühle haben eine perfekt reflektierende Vorderseite und eine perfekt absorbierende Rückseite. Berechnen Sie das auf die Lichtmühle
wirkende Drehmoment, wenn diese im Sonnenlicht auf der Erde steht. Gehen Sie davon
aus, dass die Flügel der Lichtmühle senkrecht zur einfallenden Sonnenstrahlung ausgerichtet sind. Die beiden Flügel der Lichtmühle haben eine Querschnittsfläche von 6 cm2
und sind 1 cm von der Drehachse der Lichtmühle entfernt.
Abbildung 1: Skizze der Lichtmühle.
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