211service.com
Optiska Bernoulli-krafter kunde styra objekt badade i ljus, säger teoretiker
Om du aldrig har hört talas om Bernoullis styrkor, har du säkert upplevt dem. Det här är krafterna som håller flygplanen uppe, som drar in bränsle i din bils förgasare och får snurrande tennisbollar att svänga.
Den är uppkallad efter den schweiziska forskaren Daniel Bernoulli från 1700-talet som upptäckte att en vätska som strömmar med hög hastighet har ett lägre tryck än en som strömmar med lägre hastighet. När tryckskillnaden uppstår på motsatta sidor av samma föremål, såsom en vinge, utsätts den för en kraft som trycker vingen från högtrycksområdet mot lågtrycksområdet.
Det väcker en intressant fråga. Kan föremål som sitter i ett okonventionellt vätskeliknande flöde, som en ljusstråle, också uppleva Bernoullis krafter? I dag säger Ramis Movassagh vid Northeastern University i Boston och Steven Johnson vid Massachusetts Institute of Technology i Cambridge att de kan och utforska förhållanden under vilka detta kan hända.
Dessa killar börjar sin analys med att föreställa sig en roterande dielektrisk cylinder, som en glasstav, badad i en ström av fotoner. I denna analogi är strömmen av fotoner vätskan och glasstaven är motsvarigheten till en snurrande tennisboll.
I en omgång tennis svänger en snurrande boll som rör sig genom luften eftersom trycket på ena sidan av den är större än på den andra. Det beror på att på ena sidan av den snurrande bollen rör sig dess yta in i luftflödet men bort från den på andra sidan. Det orsakar en skillnad i tryck, precis som Bernoulli förutspår.
Movassagh och Johnson frågar om en liknande skillnad i tryck kan uppstå för ett snurrande föremål i en ljusstråle. De drar slutsatsen att det gör det men bara om föremålet är gjort av ett dielektriskt material, som glas eller plast.
I ett dielektrikum kan ett externt elektromagnetiskt fält penetrera ett kort djup i materialet. När materialet roterar genererar denna interaktion en kraft. Movassagh och Johnson beräknar att denna kraft är i samma riktning som Bernoullis kraft när materialets elektriska känslighet är positiv och i motsatt riktning när den elektriska känsligheten är negativ.
En intressant följd är att kraften är noll när materialet är en ledare. Det verkar vettigt. Eftersom en perfekt ledare inte tillåter någon penetrering av de elektromagnetiska fälten, kan fälten inte märka att den roterar eller dras av den rörliga materien, säger Movassagh och Johnson.
Det finns dock en varning: denna nya optiska Bernoulli-kraft är liten. De påpekar dock att det borde vara möjligt att förstora den genom att utnyttja resonanseffekter. Detta kan göras med flerskiktiga sfärer som kan fånga ljus eller genom att använda material där interaktionen med ljus förstärks av till exempel ytplasmoner.
Ingen har någonsin sett den optiska Bernoulli-kraften men med denna typ av förstoring kan det vara möjligt att se den i labbet inom en relativt nära framtid.
Den enda frågan då blir vad optiska Bernoulli-krafter kan användas till. Svar gärna i kommentarsfältet nedan.
Ref: arxiv.org/abs/1305.0317 : Optiska Bernoulli Forces