Pressão de radiação

A pressão de radiação é a pressão exercida sobre certa superfície devido à incidência de uma onda eletromagnética. Isto ocorre em decorrência de uma onda eletromagnética possuir momento linear e massa, apesar de possuir massa de repouso igual a zero. Logo, o princípio da conservação de momento linear demonstra que a interação da radiação eletromagnética sobre a superfície deve transmitir momento linear, e, a partir da segunda lei de Newton, pode-se averiguar que a variação do momento linear de um corpo material é resultante de uma força aplicada sobre tal corpo. Calculando-se a razão entre a força atuante sobre a superfície e a área total de atuação encontra-se a pressão de radiação.

Análise

A pressão de radiação é devida ao fato da radiação denotar energia. Max Planck, ao conceber a física quântica e apresentar seu artigo sobre a distribuição de energia no espectro normal, a 2 de fevereiro de 1900, postulou que a emissão de ondas eletromagnéticas de frequência ν é feita através de "pacotes" (em latim quanta, plural de quantum) de energia E igual a E = h ν, sendo h a constante de Planck (h = 6,602E-34 J.s).

Assim, um feixe de radiação com energia E (onde são somadas as contribuições de todas as frequências), movendo-se com a velocidade da luz c, carrega uma quantidade de movimento igual a E/c. Isto porque, pela relatividade restrita, em um corpo de massa de repouso zero a equivalência entre energia e momento linear é E = p c.

Uma superfície perfeitamente negra (ou seja, absorvente) receberá este momento linear de forma total; se o fluxo de energia por unidade de área (ou seja, energia por tempo por área) for Q, a pressão exercida pela radiação sobre a superfície pode ser calculada por (em que A é a área da superfície):

$P = \frac {F} {A} = \frac {d p} {A d t} = \frac {d E} {A c dt} = \frac {Q} {c}\,$.

Por outro lado, uma superfície perfeitamente espelhada refletirá 100% da radiação, com efeito dobrado sobre a pressão:

$P = 2 \frac {Q} {c}\,$

Exemplos

O fluxo de radiação solar, à órbita da Terra é igual a 1,370 W/m². A pressão da radiação solar sobre uma superfície totalmente absorvedora é 4.6 µPa.