1 januari 2021

fotonen, geen massa wel impuls?

Polly Translate
Voiced by Amazon Polly

Fotonen hebben geen lees ik. Lijkt me logisch i.v.m. de , maar hoe kan het dan dat fotonen (licht) deeltjes met massa kan doen bewegen (warmte). Kan het dan een object voortstuwen zoals wind dat kan en is een ‘ raket’ motor waaruit licht komt mogelijk?
Wat is uberhaupt zonder massa? Een foton zou een energiepakketje zijn maar van wat? Wat golft er precies als we praten over een electromagnetische golf? 

Antw.:  Op deze site staat alle veel geschreven over licht en fotonen. (Lees meer….)

Op de volgende link staat al e.e.a. beschreven: https://natuurwetenschappen.nl/modules.php?name=News&file=article&sid=426

Hierin lees je dat fotonen (en alle andere elektromagnetische straling) alleen bestaan bij lichtsnelheid. In rust heeft een foton geen massa en bestaat dus niet. Uit de formule van "De Broglie" komt naar voren dat een foton wel degelijk een impuls heeft. Namelijk : p = hv/c. Op zich is dit logisch omdat een foton namelijk een energie heeft van : E = hv. De energie is geheel afhankelijk van de frequentie v.

Omdat o.a. licht (fotonen) een impuls heeft, kan het inderdaad een object voortstuwen. Helaas is de impuls zo laag dat men hier op niets mee kan. In de ruimte zou men in theorie hier wel iets mee kunnen, maar dan ook alleen als het object reeds een behoorlijke beginsnelheid heeft.

Zou men bijvoorbeeld een zonnezeil welke een ruimtesonde voortstuwt (of voorttrekt) zou dit zonnezeil een stuwkracht genereren van circa 8 tot 10 micronewton per vierkante meter zonnezeil. Je begrijpt dan dat er een enorm zonnezeil moet worden gemaakt om enig effect te bereiken.

Een normale stuwraket van bijoorbeeld de Ariane-raket levert circa 1 miljoen Newton stuwkracht. Dit is dus nagenoeg 100 miljoen keer meer dan een zonnezeil van 1 m². Wil men dezelfde stuwkracht bereiken met een zonnezeil, zal het zonnezeil dus een oppervlakte moeten hebben 100.000.000 m². Dit is een oppervlakte 10.000 hectare oftewel zo’n 100 vierkante kilometer. Dit is nagenoeg evengroot als de stad Utrecht.  Daarnaast is het specifieke impuls ook nog eens afhankelijk van het aantal fotonen.

Eenzelfde voorbeeld is die van de ionenmotor welke toegepast is in het project "Deep Space". Ook deze ionenmotor levert gemiddeld zo’n beetje 50 Newton aan stuwkracht. en zal dus alleen zinvol zijn bij lichtere sondes die reeds een behoorlijke beginsnellheid hebben. Een zonnezeil of ionenmotor zijn dus niet te gebruiken om aan de aardse zwaartekracht te ontsnappen.

Het is inderdaad soms verwarrend om het verschil aan te tonen tussen energie of massa. In principe is massa een vorm energie en is het omgekeerde deel ook waar. Dit blijkt uit de beroemdste stelling van dhr. Einstein.

Het foton bestaat net als alle andere elementaire deeltjes zoals het elektron, quarks enz. uit energiepakketjes oftewel kwantums. Deze kwantums zijn de bouwstenen van o.a. protonen en neutronen. De protonen, neutronen en elektronen vormen de verschillende elementen en moleculen. Het onderscheid tussen de verschillende elementaire deeltjes is hun energie of massa, hun lading en de spin.  

In de kwantumwereld komt het "golf-deeltje dualiteit" naar voren. Dit betekent eenvoudig gezegd dat afhankelijk van de waarneming en rekenmethode het niet uitmaakt of je het energiepakketje als deeltje of als golf bestempeld. Beide antwoorden kunnen juist zijn.

Mechanische golven zijn bijvoorbeeld de welbekende watergolf of een geluidsgolf. Deze golven hebben altijd een medium nodig om zich voort te planten. Dit medium kan bijvoorbeeld lucht, of een ander zijn. Mechanische golven zijn niet van toepassing in dit verhaal.

Een elektromagnetische golf is een straling die zich voort kan planten in het luchtledige. Een elektromagnetische straling heeft geen medium nodig om zich voort te planten en beweegt zich in het vacuüm altijd met de lichtsnelheid voort.