λν = .

ÓPTICA I
CURSO 2006/2007
GRUPO C
TRABAJO VOLUNTARIO: EJERCICIO No. 1
a) Calcular el número de fotones emitidos por segundo por una fuente de luz
láser de potencia de emisión 5 mW. Este láser emite radiación luminosa con
una longitud de onda: 632,8 nm.
b) Si este haz incide perpendicularmente sobre un espejo plano, hallar la fuerza
que actúa sobre el espejo.
NOTA: 1 mW = 10-3 W
-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.a) La energía asociada a un fotón:
E = hν
donde h es la constante de Planck: h = 6,626X10-34 Js
(SI Sistema de unidades).
La frecuencia se calcula a partir de la expresión: λν = c .
Sustituyendo con los datos del problema, siendo c = 299.800X103 m/s
Obtenemos: ν = 4,784X1014 Hz
Por tanto: E = 3,139X10-19 J
es la energía asociada a un fotón.
La energía total del haz será N veces E, donde N es el flujo de fotones
(Número de fotones/unidad de tiempo).
Etotal = NE
Por otra parte disponemos del dato de la potencia de emisión del láser. Por
tanto:
Etotal = Pt ; P =
Etotal N
= E
t
t
Despejamos y sustituimos los valores dados:
5 × 10−3W
N P
= =
= 1,6 × 1019 fotones / s
−19
t E 3,139 × 10 J
b) Podemos interpretar que sobre el espejo, al incidir el láser, se ejerce una
presión de radiación1, que sería la cantidad de energía luminosa (intensidad)
actuando por unidad de tiempo sobre un elemento de superficie.
El momento del fotón se define:
p = =k =
h 2π h
=
2π λ λ
Dado que conocemos el número de fotones N. La presión de radiación por
unidad de superficie ejercida será N veces el momento del fotón.
Prad = Np = N
h
λ
Sustituyendo con los datos del problema: Prad = 1,675 × 10
−11
Js / m
El resultado anterior sería válido para una superficie absorbente, pero dado que
estamos considerando una superficie reflectante, al reflejarse un fotón en la
superficie del espejo se produce un incremento en el momento del fotón:
∆p = p − ( − p ) = 2 p .
Por tanto el resultado final es: 2 Prad = 3,35 × 10
1
−11
Js / m
Para curiosos. El escritor inglés Arthur C. Clarke, autor de “2001: La Odisea del Espacio”, escribió en
1960 un cuento corto titulado: “The Wind from the Sun” (El viento del Sol). En este cuento narra como
se organiza una regata espacial con veleros solares utilizando la presión de radiación solar.
El cuento en ingles se puede obtener en: http://www.planetary.org/solarsailcd/clarke.htm.