Физика: как разогнать автомобиль при помощи фар и почему это происходит?

Почему с включенными фарами машина едет медленней

Когда долго ведешь машину ночью, то мысли невольно начинают блуждать. Вот вы смотрите на два луча света от фар, освещающих черный, безжизненный пейзаж и думаете, если фары посылают миллиарды миллиардов фотонов со скоростью света перед моей машиной, то можно ли сказать, что фары — это своего рода ракетные двигатели, которые толкают и подгоняют машину? Замедляют ли включенные фары движение машины? Давайте разбираться.

Странное явление  — свет. Он не имеет массы, но обладает энергией. Обычно энергия — это продукт массы и скорости. Иногда свет служит толкающей силой. Вот представьте, на вас летит  шар для боулинга. У него есть вес и своя скорость. Вместе обе эти физические величины образуют энергию. И вы видите, что чем больше масса, тем больше энергия. Понятно, что несколько мыльных пузырей запущенных в вас со скоростью 8 км в час принесут намного меньше вреда, чем мяч для боулинга, летящий с той же скоростью. 

Итак, первое объяснение: свет обладает энергией. Пусть небольшой, но что-то все же есть. Кстати, именно по этой причине работают такие вещи, как солнечный парус. «Давление» света, получаемого от солнца может подтолкнуть солнечный парус к космическому кораблю и заставить его двигаться, почти также, как ветер подгоняет лодку с парусами.

Учитывая эту информацию, давайте глубже разберемся с вопросом, насколько сильно свет фар давит на машину, замедляя ее движение. Чтобы убедиться, что я все правильно понимаю, я связался с интереснейшим человеком, физиком доктором Стивеном Гранадой. Итак:

Когда вы включаете фары, то лучи света толкают вашу машину назад, так как свет обладает энергией. И хотя у фотонов (частиц света) нет массы, они переносят энергию, словно они мячики для настольного тенниса. Как гласит третий закон Ньютона, любому действию всегда есть равное и противоположное противодействие. Выбрасывая фотоны перед автомобилем, машину немного отталкивает назад. На самом деле, по такому же принципу работают реактивные двигатели на химическом топливе! Они выбрасывают частицы горячего газа из задней части ракеты, и ракета взмывает вверх.

Вот, как это связано с космическими путешествиями:

Конечно, ракетный двигатель в разы мощнее, а свет не обладает большой энергией. И это хорошо, в противном случае, каждый раз, выходя на улицу, нам бы казалось, что маленькие молоточки ударяют по нашей голове. Однако давление света может иметь большое влияние, особенно в космосе. Когда мы посылаем космический летательный аппарат на другую планету, мы должны учитывать, что солнечный свет будет давить на наш аппарат, иначе мы пропустим планету. Можно даже использовать давление света от Солнца, чтобы запустить летательный аппарат, отражая свет при помощи солнечного паруса.

Если вы знаете, сколько световой энергии в ваттах выделяют фары автомобиля каждую секунду, то вы сможете разделить эту энергию на скорость света и выяснить, с какой силой фары выпускают свет. К сожалению, это единственная простая часть этой проблемы. Все остальное — сплошные загадки. И все дело в нашем зрении.

Когда мы покупаем электрическую лампочку, мы особо не смотрим, сколько она ватт, потому что наши глаза воспринимают разный свет по-разному. Больше всего наше зрение восприимчиво к зеленому цвету. Чем дальше от зеленого цвет на радужном спектре, тем хуже воспринимает его наше зрение. Именно поэтому лазеры с зеленым диодом кажутся нам намного ярче, чем с красным диодом, даже если они выделяют одинаковое количество света.

Поэтому и электрическая лампочка не дает света столько, сколько указано в ваттах. Яркость светового потока измеряется в люменах. Перевод из ватт в люмены зависит от того, о лампочке какого цвета идет речь. Я не смогу сделать точный перевод из одной единицы в другую, если не выясню, из каких цветов состоит «белый» свет. А спектр электрической лампочки зависит от производителя, типа лампочки и других факторов.

Но он сделает это!

Конечно, раньше подобные препятствия не остановили бы меня, не остановят они меня и сейчас. Фары Phillips Xenon выдают примерно 3 400 люмен каждая, то есть 6 800 люмен всего. Предположим, что мы включили дальний свет фар, так как именно он выделяет больше света и направляют его максимально прямо перед машиной, что дает еще больший эффект.

Если фары выделяют только зеленый свет, то я могу разделить 6 800 люмен на 683 люмен/ватт, чтобы перевести единицы яркости света (то, на что реагирует наше зрение в плане света) в единицы интенсивности излучения. Зная вероятный спектр цветов и то, что ксеноновые лампы выделяют больше желтого, зеленого и голубого света, чем фиолетового и красного, я разделю наши 6 800 люмен на 450 люмен/ватт. Я получаю 15 ватт. Это интенсивность излучения. Если я разделю это на скорость света, то получу 50 наноньютонов.

Хорошо, тогда с какой силой автомобиль откатывается назад при включенных фарах? 

Это небольшая сила. Возьмем волос с головы человека длиной 2.5 см. Подержим его в руках. Так вот этот волос в двадцать раз сильнее давит на вашу ладонь, нежели свет от фар воздействует на автомобиль.

Если еще проще, то давайте отправим мою Honda Fit в космос, в черную пустоту между солнечными системами и включим фары. Моя машина начнет двигаться, так как ее будут подталкивать фары. Я разгонюсь до 100 километров в час за считанные часы, точнее, примерно через 20 000 лет.

Поэтому пользуйтесь фарами, сколько хотите! Единственный способ замедлить движение машины из-за фар — это ослепить их светом другого водителя, что приведет к аварии.

Если вам срочно нужно затормозить,  включайте дальние фары, так как они замедлят машину еще на 50 наноньютонов.

Пусть мелочь, но все средства хороши.