Алексей Собин
август 2017.
22861

Сколько весит тень?

Ответить
Ответить
Комментировать
1
Подписаться
7
4 ответа
Поделиться

Вес (в физике) - это сила, с которой тело давит на опору. Обычно его путают с массой, так как в гравитационном поле Земли вес пропорционален массе, а коэффициент пропорциональности (ускорение свободного падения) практически неизменен. Также и во вращающейся неинерциальной системе (например, во вращающейся космической станции) центробежная сила (а с нею и вес объектов) будет пропорциональна их массе, но коэффициент пропорциональности будет уже иным. 

Теперь о тени. Конечно, это не объект. И массы у нее нет. Тем не менее, в некотором смысле у тени есть вес. Только он - отрицательный! 

Ведь тень - это отсутствие света из-за вставшей на его пути преграды. Свет - это поток фотонов, имеющих массу и скорость, а с ними и импульс. Если бы фотоны долетали, они передавали бы свои импульсы освещенной "опоре", оказывая непрерывное давление. А давление, умноженное на площадь - это сила. Можно сказать, вес света. Ну а тень - это отсутствие и света и его "веса". То есть, по сравнению с освещением тень как бы имеет "отрицательный" вес, примерно как "дырка" (нехватка отрицательно заряженного электрона в полупроводнике) "имеет" положительный заряд. 

61

Что за абсурд?


Массу фотоны не имеют, они имеют импульс, и если вы руководствуетесь формулой  E = mc^2, то для фотона энергия будет равна E = pc, потому что массы покоя у фотонов нет и быть не может. 

Теперь про отрицательную массу. Отрицательной массой, гипотетически, обладают частицы экзотической материи. И проявляется это в том (не забываем, что масса это мера инерции), что если "толкнуть" эту частицу, она полетит в другую сторону. К данному вопросу она не имеет никакого отношения.

Если следовать вашей уличной логике, то отрицательным можно назвать все, что вроде должно быть, но этому есть какая-то преграда.

Еще насмешили такие допущения грубые как: импульс это масса, а масса это сила, а сила это давление, а давление это вес. С таким подходом можно доказать все что угодно. Для этого есть даже какое-то название (не помню), когда за основу (истину) берется ложное суждение и из него выводится утверждение, которое нужно. Вы бы могли стать неплохим конспирологом :)

+17
Ответить

Анастасия, импульса без массы не бывает. Энергии без массы тоже не бывает. О массе пркоя не было сказано ни слова. Вес - это не масса. Об этом было сказано с самого начала. Отрицателен (в некотором смысле) "вес" тени. О "массе" тени речи не было. Представлять отсутвие чего-то как присутствие чего-то прямо противоположного - это удобная, давняя и широко применяемая традиция в физике. Я не случайно сослаося на "дырки" (нехватки электронов) в полупроводниках. Их удобно рассматривать (и рассматривают!) как "носители заряда" с подвидностью электронов, но противоположным знаком заряда. 

Поскольку я не подряжался учить вас азам физики (а заодно - умение понимать смысзабеспоатно

+5
Ответить

Поскольку я не подряжался учить вас азам физики (а заодно - умение понимать смысзабеспоатно

Поскольку я не подряжался учить вас азам физики (а заодно - умению понимать смысл прочитанного) забесплатно, не ждите ответов или реакции на ваши последующие комментарии, которых, 

+1
Ответить
Ещё 26 комментариев

комментарии, которых вряд ли избежать. 

0
Ответить

О "массе" тени речи не было.

Точнее, было сказано, что у тени нет массы. Вообще. Никакой. Ни положительной, ни отрицательной.

0
Ответить

Как вы связали импульс фотона с массой?

p=hν/c

0
Ответить

Меня азам физики, серьезно?

> Энергии без массы тоже не бывает. 

Сразу видно, что вы - физик теоретик. Прям настоящий, ух! Похоже, что азам физики учиться нужно вам, с такими то утверждениями. Энергия э/м, электрических и магнитных полей — не, не слышал.

> Представлять отсутствие чего-то как присутствие чего-то прямо противоположного - это удобная, давняя и широко применяемая традиция в физике.

Про дырки знают все, вы бы лучше обосновали свое утверждение об отрицательной массе, а не расжевывали то, что всем давно известно.

Похоже, вы ограничились изучением классической механики.

-1
Ответить

У фотона есть энергия E=hν. Раз есть энергия, то есть и масса m=E/c^2=hν/c^2. Этот факт доказан наблюдением прохождения света вблизи массивных тел. Если бы у фотонов не было массы, их траектория движения не искривлялась бы.

Импульс фотона равен его массе, умноженной на его скорость (которая у фотона равна c): p=mc=hν/c.

Массу фотона (и вообще массу чего бы то ни было) прошу не путать с "массой покоя" фотона (или чего бы то ни было). Фотоны никогда не покоятся (и никогда не движутся со скоростями ниже c) и у них нет "массы покоя".

+2
Ответить

Выше был ответ на комментарий Стаса. Вот, например, все эти и некоторые другие формулы

https://www.calc.ru/Fotony-Energiya-I-Impuls-Fotona.html

0
Ответить

Ну как бы E=mc^2-в этой формуле m-масса покоя,которой,как мы выяснили,у фотона нет и быть не может.И выводить из нее массу не имеет смысла.Для фотонов используется формула E=pc,где p=hν/c.Масса тут нигде не фигурирует.Не надо мне кидать сайтик с формулами,я их прекрасно знаю

+2
Ответить

+ ко всему фотоны изменяют свою траекторию вблизи сверхмассивных тел не за счет притяжения(то есть воздействия на массу),а за счет искривления самого пространства-времени

+2
Ответить

Ну как бы E=mc^2-в этой формуле m-масса покоя

Не масса покоя , а просто масса. Потому что речь не об энергии покоящегося фотона (которого не бывает), а реального, то есть движущегося. Вы хоть бы по ссылке сходили, которую я вам дал. 

0
Ответить

По вашей же ссылке-"Но, в отличие от  классической, в релятивистской механике, масса не оказывается ни мерой  инертности тела, ни источником гравитационного поля, ни мерой количества  вещества."
А это уже не просто масса:)

0
Ответить

фотоны изменяют свою траекторию вблизи сверхмассивных тел не за счет притяжения(то есть воздействия на массу),а за счет искривления самого пространства-времени

Ну и что? Ну, заменили вы (вернее, Эйнштейн) идею о гравитационном притяжении на проявление инерциальности в искривленном четырехмерном пространстве. Так масса - это мера инерции. Нет массы - нет и инерциальности. И если у объекта нет массы (не "массы покоя", а сиюминутной реальной массы), то у него нет и инерции и вести себя в искривленном пространстве-времени он будет не так, как объект, имеющий массу (а с ней и инерцию). Фотоны ведут сеья, как объекты, имеющие массу (и инерциальность).

Но, в отличие от  классической, в релятивистской механике, масса не оказывается ни мерой  инертности тела

Глупое и неверное высказывание. Разумеется, масса является мерой инерциальности. Это вообще единственный смысл сушествования понятия "масса". Пойду взгляну, что имели авторы в виду (скорее всего "массу покоя"). 

0
Ответить

> У фотона есть энергия E=hν. Раз есть энергия, то есть и масса m=E/c^2=hν/c^2. Этот факт доказан наблюдением прохождения света вблизи массивных тел. Если бы у фотонов не было массы, их траектория движения не искривлялась бы. 

У-у-у, кто-то застрял во временах Ньютона. 

+1
Ответить

То, что вы приписали фотону, называется искусственно полученной релятивистской массой. 

+1
Ответить

> Ну и что? Ну, заменили вы (вернее, Эйнштейн) идею о гравитационном притяжении на проявление инерциальности в искривленном четырехмерном пространстве.

Просто заменили? Мда. А ничего, что Ньютон получал неверное решение для задачи с отклонением луча света? Учите матчасть.

> И если у объекта нет массы (не "массы покоя", а сиюминутной реальной массы), то у него нет и инерции и вести себя в искривленном пространстве-времени он будет не так, как объект, имеющий массу (а с ней и инерцию).

Тоже ничем не подкрепленный бред. Если вы теоретик, так оперируйте хотя бы математическими выкладками. А то, похоже, даже понятия не имеете что такое искривление пространства.

+2
Ответить

По вашей же ссылке-"Но, в отличие от  классической, в релятивистской механике, масса не оказывается

По той ссылке, что я давал, такого бреда нет, слава богу. Но на том же портале - на другой странице https://www.calc.ru/Osnovnyye-Uravneniya-Relyativistskoy-Mekhaniki-Massa.html?print=1) есть то, что вы цитировали

Масса, которая входит в первое уравнение, оказывается той же, что и в уравнениях ньютоновской ме­ханики (масса покоя). Но, в отличие от классической, в релятивистской механике, масса не оказывается ни мерой инертности тела, ни источником гравитационного поля, ни мерой количества вещества. Масса системы не равняется сумме масс составляющих ее частей

Вся эта цитата - о "массе покоя". Она, действительно, не является мерой инерциальности ДВИЖУЩЕГОСЯ тела (в момент покоя - в пределе - является, впрочем) и т. д. Просто потому, что у движущегося тела (или тел) будет уже другая масса (или массы), отличающиеся от массы покоя и изменяющиеся со скоростью (у света скорость не меняется и масса тоже).

Очень неудачно авторы цитаты ее сформулировали и лишь запутали бедных школьников. На самом деле, в СТО (ну, и в ОТО, тоже), как и у Ньютона, масса - это мера инерциальности. По-прежнему, как и у Ньютона, 

  • импульс - это масса, умноженная на скорость
  • сила - это масса, умноженная на ускорение 

и т. д. Только масса - это уже не постоянная величина (не "масса покоя"), а переменная. Равная E/c^2 и зависящая от скорости движения (если скорость может быть разной). У объектов со скоростью v < c массу можно вычислить из массы покоя и v/c. У объектов со скоростью v = c массы покоя нет, но массу можно вычислить из энергии.

***

Что касается электромагнитного поля, которым тычет мне в нос Анастасия несколькими комментариями выше, то такого самостоятельного объекта на самом деле нет. Есть фотоны (реальные и/или "виртуальные") с массой и энергией. У них есть волновая функция. Которую в ряде задач удобно заменить неким "полем", напрочь позабыв о реальных переносчиках взаимодействия - фотонах. Но даже и в таком, полевом, представлении (удобном, но столь же далеком от реальности, как "дырка" в полупроводнике или отрицательный "вес" у тени) у движущейся электромагнитной волны есть импульс (например,  http://scask.ru/book_s_phis2.php?id=116 ); а откуда взяться имульсу без массы? И у любого электромагнитного (а также электро- или магнитостатического полей) есть энергия (например, http://scask.ru/book_s_phis2.php?id=115 ). А где энергия - там и масса (например, http://books.sernam.ru/book_izm.php?id=17 ). А где масса - там и инерциальность. Просто масса электромагнитного поля очень мала (поскольку велика скорость света в квадрате) и это позволяет не обращать внимания на инерциальность поля  в большинстве практически-важных случаев. Кого интересуют поправки, связанные с учетом наличия у поля массы порядка нанограмма, например?

Это я не для Анастасии констатирую (она все знает несравненно лучше и уже давно пригвоздила меня к столбу позора), а тем гипотетическим читателям, которые могут поверить, что в физике после Эйнштейна и впрямь бывает энергия без массы. 

***

Все, урок ликбеза на сегодня окончен. Совсем. 

+1
Ответить

Сначала вы ссылались на Ньютона, теперь на классическую электродинамику. И действительно, в классической теории все именно так, как вы описываете. Только вот на данный момент существуют более совершенные теории, например, квантовая (электродинамика) теория поля, где все "немного" иначе, и массу фотону (как и полям) там никто не приписывает (да и вообще там все настолько сложно, что привычными для нас терминами из классической физики не описать).

+2
Ответить

Как тут полыхает-то, приятно посмотреть. Я бы предложил глубокоуважаемым участникам все-таки определиться, что подразумевается под массой в разговоре. Можно прийти к согласию, но только если мы выберем, говорим ли мы в привычных терминах, где есть масса покоя, которая может быть равна нулю при ненулевой энергии и просто масса, которая НЕ может быть равна нулю при ненулевой энергии (Да! У электромагнитного поля есть масса! Шок, сенсация, видео по ссылке). И не может быть отрицательной в той системе, которую мы рассматриваем.
Или мы говорим о массе в СТО, то есть, об инвариантном абсолютном значении четырехвектора энергии-импульса. Эта масса практически эквивалентна массе покоя, то есть, не равна нулю для всего, что движется медленнее скорости света, и равна нулю для всего, что движется со скоростью света. И она тоже не может быть отрицательной в той системе, которую мы рассматриваем.
Но! И еще раз, но! Если внимательно прочесть как вопрос, так и ответ, к которому мы комментируем, то это всё ваще не имеет значения, поскольку в ответе речь и там и там идет о весе, а не о массе. А вес - это совсем другое дело - это сила воздействия. Вес - векторная величина, знак которой зависит от системы отсчета.  Вес вполне может быть отрицательным.

+4
Ответить

Александр, вы пишите "поскольку в ответе речь и там и там идет о весе, а не о массе"

А теперь посмотрите на ответ:Свет - это поток фотонов, имеющих массу и скорость, а с ними и импульс. Если бы фотоны долетали, они передавали бы свои импульсы освещенной "опоре", оказывая непрерывное давление. А давление, умноженное на площадь - это сила. Можно сказать, вес света. Ну а тень - это отсутствие и света и его "веса". То есть, по сравнению с освещением тень как бы имеет "отрицательный" вес, примерно как "дырка" (нехватка отрицательно заряженного электрона в полупроводнике) "имеет" положительный заряд.

> Да! У электромагнитного поля есть масса! Шок, сенсация, видео по ссылке.

Блин, признаюсь, дико тупанула, потому что в этот момент думала именно об э/м излучении фотонов, а не о поле, порождаемом электронами (и любыми массовыми частицами).

> Вес - векторная величина, знак которой зависит от системы отсчета.  Вес вполне может быть отрицательным.

Это так, но для того, чтобы вес был отрицательным, он в принципе должен существовать

0
Ответить

Нет уж, давайте все-таки придерживаться какой-то одной терминологии. В исходном ответе явно есть масса покоя и масса в принципе, которая = (масса покоя + эл.-маг. масса + может еще какие-то поля). В такой терминологии у фотонов есть масса, которая эквивалентна переносимой ими энергии или, что то же самое, эквивалентна потере массы тела при их излучении или возрастанию массы тела при их поглощении. Опять-таки в этой терминологии у любого эл.-маг. поля есть масса, которую можно посчитать проинтегрировав напряженность поля по объему и т.д. Опять же в этой терминологии у светового потока есть вес, в том смысле, что он воздействует на поверхность с какой-то силой.
Либо мы оперируем терминологией СТО, тогда у фотона нет массы и ни у какого эл.-маг. поля нет массы, а что касается веса потока фотонов, то я просто не готов обсуждать эту тему, поскольку когда я пытаюсь думать в терминологии СТО у меня моментально заходит ум за разум. Очевидно, что должно быть можно как-то это представить, чтобы получился эквивалент понятия "вес", но тут уж, пожалуйста найдите собеседника поумнее - я верю, что они там всё верно посчитали и всё сходится, но пользоваться этим не могу.

Но в любом случае нельзя смешивать и говорить,  что вот у этого эл.-маг. поля, конечно, есть масса, но вот у этих-то фотонов ее нет. Уж либо у всех есть, либо у всех нет.

0
Ответить

Согласна с вами во всем, кроме:

В такой терминологии у фотонов есть масса, которая эквивалентна переносимой ими энергии или, что то же самое, эквивалентна потере массы тела при их излучении или возрастанию массы тела при их поглощении. 

Я бы сказала, что у фотонов есть энергия, которая эквивалентна изменению массы объекта, с которым происходит взаимодействие, за счет излучения или поглощения квантов света.

Суть одна, но понятие массы фотону приписывать нельзя.

0
Ответить

Но приписывают, паразиты :) Называют релятивистской массой m = h*ню/с2. С точки зрения современной СТО - это устаревшее понятие, но честно Вам скажу, им удобнее пользоваться во многих случаях, поскольку модель проще. Скажем так, я не сталкивался в своей области (химия твердого тела, люминесценция твердых тел и т.п.) с ситуациями, когда мне нужно было отказаться от релятивистской массы в пользу этого четырехвекторного ужаса. Правда, я не теоретик и вообще химик, может для меня специально упрощают. 

+1
Ответить

У меня (направление квантовая электроника) все теоретические предметы наоборот были построены на квантовой механике и квантовой теории поля (например физика твердого тела и физика конденсированного состояния). Меня так долго мучили ужасами, что я не могу спокойно смотреть на то, как кто-то говорит о массе фотона :)

0
Ответить

Известен простой факт. Если на сверхмегаточные и суперпуперчувствительные весы положить два абсолютно одинаковых фонарика, а затем один из ни включить - то весы покажут что его этого фонарика уменьшился. 

Фотону уносят энергию, а следовательно и массу. Масса - это энергия, энергия - это масса. 

Если фотоны падают на асфальт - они оказывают на него давление. Это давление и есть вес фотонов. У них нет массы, но есть энергия, энергия оказывает давление, а это и есть вес - сила реакции опоры. 

Если тело не дает всем фотонам падать на асфальт, и до асфальта долетает лишь часть фотонов - на этом месте вес фотонов меньше. Это тень. 

Вывод -  тень весит меньше чем залитые солнцем участки. 

Называть вес отрицательным или нет - зависит от точки отсчета. Если за ноль принять давление фотонов в тени - тогда он равен нулю. Если на солнце - вес, или давление фотонов в тени будет меньше нуля - отрицательным. 

+1
Ответить

Прочитал всю дискуссию перед экзаменами как раз по физике, получил 5 :)

+1
Ответить

Что спросили?

0
Ответить

Обожаю научные мордобои)))))

+2
Ответить
Прокомментировать

Тяжело пройти мимо вопроса, у которого в топе висит в корне неверный ответ.

Вес — векторная физическая величина, характеризующая силу воздействия тела на опору. 

P = m*g

Видно, что вес может быть отрицательным, например в случае если плотность тела меньше плотности среды (на тело действует выталкивающая сила). Отрицательность веса не означает его отсутствие.

Теперь немного о том, что из себя представляет тень.

Тень — оптическое явление, возникающее при разной освещенности. И это далеко не значит, полное отсутствие света. Просто одна поверхность ярче (на нее фотонов попадает и отражается больше), а другая тусклее (тень).

Мы знаем, что массу фотоны не имеют (если бы у фотона  была масса, то его отклонение в гравитационном поле должно было бы зависеть от его частоты, однако такое мы не наблюдаем, по всем расчетам пока что гравитационная линза ахроматична), а потому не имеют веса, но зато обладают энергией и импульсом. Поскольку фотоны обладают импульсом, то свет, падающий на тело, оказывает на него давление (квантовая теория света объясняет световое давление как результат передачи фотонами своего импульса атомам или молекулам вещества), но его никаким образом нельзя отождествлять с весом. 

Все вышеизложенное, это комментарий к ответу Nekto.

На самом же деле тень не имеет веса, потому что является лишь оптическим явлением, например таким, как переливы бензина (интерференция в тонких плёнках) или ваше отражение в воде.

Анастасия Березинаотвечает на ваши вопросы в своейПрямой линии
27

Разве независимость от частоты что-то доказывает? В классической механике угловое отклонение света тоже не зависит от частоты (deltaV/c) = (2*G*M)/(R*c2). В СТО будет (deltaV/c) = (4*G*M)/(R*c2), то есть, в два раза больше, но никаких зависимостей не убавляется/добавляется. Мне сомнительно, что от изменения терминологии может исчезнуть какой-то параметр системы. То есть, вес света никуда не должен деваться. Его может быть нужно как-то переопределить, но не должно такого быть, что в старом варианте он был ненулевой, а в новом - нулевой. Тем более, что импульс-то есть.

+1
Ответить

В классической механике угловое отклонение света тоже не зависит от частоты (deltaV/c) = (2*G*M)/(R*c2). В СТО будет (deltaV/c) = (4*G*M)/(R*c2), то есть, в два раза больше, но никаких зависимостей не убавляется/добавляется.

Их и не должно прибавляться. Обе формулы выведены для потока фотонов массой m (которая потом благополучно уходит), стремящейся к нулю, с одной частотой (монохроматический луч).

Но если мы пойдем от противного и припишем таки фотону реальную массу (а не просто положим одинаковой близкой к нулю для решения задачи), учитывая что отклоняемый луч не является монохромным , то увидим, что отклонение должно происходить по-разному. Почему? 

E=mc^2 и в тоже время Е=hw, тогда m=hw/c^2, и планковская постоянная и скорость света у нас являются константами, получается, что в решении задачи нам бы пришлось учесть эту зависимость и более тяжёлые фотоны, подобно частицам пролетающим в поле Земли, отклонялись на больший угол.

+1
Ответить

Как же она в СТО может быть выведена для потока частиц массой m, если в СТО масса фотона как раз равна нулю?
По-моему, в классической теории масса фотона там просто сокращается, поскольку это относительное значение отклонения (и поэтому нет никакой необходимости стремить ее к нулю). И оно получается частотно независимым по той причине, что все фотоны изначально движутся с одинаковой скоростью. Вот если бы от частоты зависела начальная скорость движения фотона, то да, тогда была бы дисперсия. Хотя тут тоже какая-то гниль получается - Ньютон же не знал про массу покоя и эл-маг. массу. Что-то я запутался.

+1
Ответить
Ещё 2 комментария

Масса фотона равна примерно десяти в минус двадцать второй степени электронвольт на секунду в квадрате, поэтому в СТО этой массой пренебрегают и фотон называют безмассовой частицей

0
Ответить

Кто прав-то в итоге? Свинью ту я и правда не хочу цитировать в дальнейшем.

0
Ответить
Прокомментировать

У знаменитого Майкла Vsauce есть ролик на эту тему. Он хоть попутно и затрагивает кучу других моментов, не совсем относящихся к теме вопроса, тем не менее довольно занятный: 

4
Прокомментировать
Читать ещё 1 ответ
Ответить