Почему разреженный газ способен толкать лопасти
В вертушке действует не столько сам свет, сколько газ, нагретый им. Молекулы возле тёмной стороны лопасти получают больше энергии и сильнее ударяются о поверхность. Но важна не только сила отдельных ударов: в тонком слое газа у поверхности возникает направленное движение молекул от более холодного участка к более тёплому. Это явление называют тепловым скольжением.
У края лопасти такой поток создаёт небольшую разницу давлений между её сторонами. Давление толкает лопасть, а поскольку все лопасти закреплены на одной оси, ротор начинает вращаться. Энергия движения поступает от света, а газ служит посредником, который передаёт нагреву механическую силу.
Почему важна степень разрежения
В обычном плотном воздухе молекулы часто сталкиваются друг с другом. Эти столкновения быстро перемешивают газ и сглаживают небольшую разницу температур у поверхности — направленный поток не успевает создать заметный толчок. При разрежении молекулы чаще добираются до лопасти, не столкнувшись по дороге с другими, поэтому влияние нагретой поверхности становится сильнее.
Однако вакуум не должен быть идеальным: без молекул газа нечему передавать этот толчок. Вертушка работает в промежуточном режиме — газа достаточно для передачи силы, но его достаточно мало, чтобы нагрев у поверхности не терялся в общем перемешивании. Поэтому устройство наглядно показывает, как одна и та же воздушная среда может почти не мешать движению в одном режиме и приводить ротор в движение в другом.
