Радиометр Крукса — интерактивный симулятор

Что это за опыт

Радиометр Крукса — стеклянная колба с разреженным газом, внутри на игле вращается крылатка: у каждой лопасти одна сторона чёрная, другая зеркальная. Направленный свет раскручивает вертушку, и — вопреки первому впечатлению — чёрные стороны движутся от источника. Крутится она лишь в узком окне разрежения: и в глубоком вакууме, и при обычной атмосфере вертушка стоит.

Чёрная сторона поглощает свет и нагревается сильнее зеркальной, поэтому газ у её кромки теплее. Вдоль края лопасти от холодной грани к тёплой ползёт тонкий слой газа — тепловое скольжение (эффект Рейнольдса–Максвелла), а по третьему закону Ньютона сама кромка получает отдачу в обратную сторону. Толкает не вся плоскость, а перепад температуры на рёбрах — оттого горячая чёрная грань и отходит от света.

Эффект живёт только при среднем разрежении. В глубоком вакууме молекул почти нет — толкать нечем; при атмосфере длина свободного пробега мала, скольжение по кромке глохнет, а вязкость тормозит. Максимум тяги приходится примерно на 1 Па, где свободный пробег молекул сравним с толщиной лопасти.

Формулы

Методичка к уроку

Как показать опыт за пять минут на проекторе или интерактивной доске:

• Двигайте ползунок «Давление (log)» по всей шкале и следите за нижней кривой: тяга (плитка «тяга, % от максимума») достигает пика у отметки ≈ 1 Па и спадает к вакууму и к атмосфере.
• Уведите давление в глубокий вакуум, затем в атмосферу: в обоих концах вертушка встаёт, а подпись «режим» меняется на «вакуум — стоит» и «атмосфера — стоит».
• Меняйте ползунок «Яркость лампы»: ярче свет — сильнее греются чёрные стороны и выше плитка «обороты, об/мин».
• Выключите тумблер «Лампа» прямо в рабочем разрежении — вертушка останавливается, доказывая, что двигатель эффекта именно нагрев, а не механика.

Полная методичка с формулами, графиком, примером расчёта и задачами для самопроверки встроена в сам симулятор — кнопка «📘 Как это работает».

Частые вопросы

Похожие опыты

Двигатель Стирлинга Тепловая конвекция Броуновское движение