История гласит, что легендарный греческий учёный Архимед сумел применить своё знание физики и математики для защиты своего родного города Сиракузы от римского флота во времена осады II века до нашей эры. Согласно легенде, отражённые солнечные лучи от множества бронзовых щитов направлялись против кораблей противника, вызывая пожары на палубах судов. Давайте попробуем разобраться, насколько правдоподобна эта версия исторических событий.
Во время осады Сиракуз Римская армия была вынуждена отступить перед оборонительными сооружениями и инженерными талантами Архимеда. Именно тогда родилась гипотеза о зеркалах, способствующих уничтожению неприятельских кораблей путём фокусировки солнечного света. Это событие было зафиксировано историками древности, такими как Плутарх, Полибий и Луций Анней Флор.
Первые попытки проверить идею Арнима были предприняты ещё в XVIII веке французским физиком Жаком Кассини, который пытался повторить опыт с использованием небольших металлических зеркал. Несмотря на частичный успех эксперимента, сомнения относительно масштабируемости метода оставались.
Более современные эксперименты проводились в XX веке различными исследовательскими группами, включая команду Массачусетского технологического института (MIT). В результате выяснилось, что фокусировка солнечных лучей действительно способна вызвать возгорание деревянных объектов, однако процесс требует длительного воздействия луча высокой интенсивности.
Один из наиболее известных экспериментов провёл британский физик Дэвид Стэнгер совместно с командой студентов университета Бата в Великобритании. Они использовали большое количество маленьких плоских зеркал размером примерно 8×10 см каждое, направленных вручную в одну точку. В итоге деревянный корабль начал дымиться спустя около десяти минут непрерывного освещения солнцем.
Для понимания возможностей реализации архимедова принципа важно рассмотреть физические условия горения древесины и особенности концентрации солнечной энергии.
Минимальная температура воспламенения древесины составляет порядка 250°C. Для достижения подобной температуры потребуется концентрация большого количества светового потока на ограниченной площади поверхности корабля. Если мы предположим, что интенсивность солнечного излучения на Земле равна приблизительно 1 кВт/м², легко рассчитать площадь зеркал, необходимых для эффективного нагрева цели.
Допустим, наша цель состоит в достижении температуры 250°C на небольшой площади, скажем, 1 м². При условии полного поглощения всей сконцентрированной энергии древесиной (без потерь), потребовалось бы зеркало площадью порядка 10 квадратных метров для быстрого возгорания материала.
Это означает, что эффективность подобного оружия зависела бы от числа солдат, синхронизировавших движение своими щитами, либо наличия гигантского единственного параболического зеркала, которое смогло бы собрать достаточно много тепла для поражения целей на расстоянии десятков метров.
Таким образом, современные исследователи подтверждают теоретическую возможность создания устройства вроде архимедова зеркала, однако считают, что использование подобного способа борьбы с врагом тяжело реализовать ввиду значительных технических трудностей и ограничений.