Это может звучать как довольно обычный вопрос.
Увеличительное стекло концертирует свет на небольшом участке.
И как могут сказать многие школьники,достаточно одной "лупы",для добычи света способного разжечь огонь.Для примера возьмем лупу размером 6,5см²
сможет собрать достаточно света,чтобы зажечь огонь.
Небольшой запрос в google,подскажет нам,что солнце в 400.000 раз ярче Луны,поэтому,все что нам требуется,это только увеличительное стекло площадью ~ 2.500.000см²
На самом деле нет. Вот правильный ответ: Вы не сможете разжечь огонь с помощью лунного света независимо от того,насколько велика ваша лупа!
Причина в этом едва уловимая. Она включает в себя множество аргументов ,которые будут звучать как выдумки и приведет вас в кроличью нору оптических эффектов.
Во-первых,общее правило: Вы не сможете использовать линзы и зеркала,чтобы сделать что-то более горячим,чем поверхность самого источника света. Другими словами ,вы не сможете использовать что-то более горячее,чем поверхность солнца
Есть много способов показать,почему это так,используя оптику,но более простой,но менее удовлетворительный -термодинамика:
Линзы и зеркала работают «бесплатно», им не требуется энергия. Если солнечное тепло передается системой линз и зеркал к точке на Земле, разогревая ее сильнее Солнца, получается, что тепловой поток идет из холодного места в теплое без затрат энергии. Согласно второму закону термодинамики такого быть не может, в противном случае мы могли бы построить вечный двигатель.
Температура солнца составляет около 5.000°C, поэтому наше правило гласит,что нельзя сфокусировать солнечный свет с помощью линз,чтобы получить что-то более горячее ,чем 5.000°С.
Солнечная поверхность луны составляет чуть более 100°C,поэтому вы не сможете сфокусировать лунный свет,чтобы сделать что-то более горячим,чем ~100°C. И это слишком мало,чтобы поджечь большинство вещей.
Но вы можете заметить,что "Свет луны не такой,как у Солнца! Солнце-черное тело-оно светится из-за своей высокой температуры.Луна же сияет отраженным солнечным светом,у которого "температура" составляет тысячи градусов-этот аргумент не работает!"
Оказывается, аргумент верный,по причинам,которые мы получим позднее.Но сначала,подождите — работает ли этот довод в случае с Солнцем? Конечно, трудно спорить с законом термодинамики , но с ним сложно и согласиться, если вы подкованы в физике и привыкли мыслить в терминах потоков энергии. Почему нельзя нагреть точку, сфокусировав в ней много солнечного света? Линзы же могут собирать излучение в маленькую точку, так? Почему же нельзя собирать в одной точке все больше и больше энергии Солнца? В нашем распоряжении свыше 10²¹ ватт — любая температура нам по плечу, так ведь?
Вот только линзы не фокусируют свет в точке, разве что источник — тоже точка. Они фокусируют его на площади — уменьшенном изображении Солнца. Важная разница. И вот почему:
Эта линза направляет весь свет из точки А в точку С. Если бы линза концентрировала свет от Солнца до точки, она также должна была бы направить весь свет из точки В в точку С:
Теперь у нас проблема. Что, если свет отразится из точки C назад, к линзе? Оптические системы нечувствительны к направлению луча — свет должен вернуться в ту точку, из которой пришел. Но как линза поймет, где был порожден этот луч: в A или B?
Общий принцип здесь такой: невозможно «скрестить» лучи света системой линз, поскольку ход лучей не должен зависеть от направления. Так что «уплотнить» свет не получится и существует ограничение на то, сколько света можно передать от источника к приемнику.
Ладно, перекрестить лучи света нельзя. Быть может, у нас получится как бы собрать их, чтобы вместить побольше бок о бок? Можно направить в цель такую «связку», собрав в нее лучи, падающие под разными углами.
Нет,ты не сможешь этого сделать.
Оказывается, любая оптическая система подчиняется закону "закону сохранения фактора пучка излучения " Он гласит: если свет входит в систему с различных углов через некую входную область, то произведение площади входной области на входной угол равно произведению выходной площади на выходной угол. Если свет собирается в небольшую выходную область, то он должен «развернуться» по бо́льшему выходному углу.
Другими словами, «собранные» лучи света становятся менее параллельны — вы не сможете направить их вместе в некую дальнюю точку.
Это свойство линз можно описать и так: они могут заставить источники света занимать больше места на небосклоне, но не могут заставить отдельно взятую точку светить ярче. Можно доказать, что увеличение яркости света из заданного источника нарушает закон сохранения étendue. Другими словами, система линз может лишь связать каждое направление взгляда с некоторой точкой на поверхности источника света, как если бы этот источник окружил вас.
Если вас «окружает» поверхностная материя Солнца, вы, по сути, плаваете внутри Солнца и быстро нагреетесь до его температуры.
Если вас окружит дневная поверхность Луны, до какой температуры вы разогреетесь? Возьмем лунные камни: их температура достигает той, что мы привели для поверхности Луны (ведь они, собственно, и есть поверхность Луны). Так что система линз, которая фокусирует лунный свет, не нагреет ничего сильнее камешка, уютно устроившегося на лунной поверхности.
Это дает нам еще одно доказательство, что зажечь огонь с помощью лунного света невозможно.
_________________________________________________
Источник: https://what-if.xkcd.com/145/
