Зажигательное стекло или зажигательная линза — это большая выпуклая линза , которая может концентрировать солнечные лучи на небольшой площади, нагревая эту площадь и, таким образом, вызывая возгорание открытой поверхности. Зажигательные зеркала достигают аналогичного эффекта, используя отражающие поверхности для фокусировки света. Они использовались в химических исследованиях 18-го века для сжигания материалов в закрытых стеклянных сосудах, где продукты сгорания могли быть захвачены для анализа. Зажигательное стекло было полезным приспособлением в те дни, когда электрическое возгорание еще не было легко достигнуто.
Технология сжигания стекла известна с античности, как описано греческими и римскими писателями, которые записали использование линз для разжигания огня в различных целях. [1] Плиний Старший отметил использование стеклянных ваз, наполненных водой, для концентрации солнечного тепла достаточно интенсивно, чтобы поджечь одежду, а также выпуклых линз, которые использовались для прижигания ран. [2] Плутарх упоминает сжигающее зеркало, сделанное из соединенных треугольных металлических зеркал, установленных в храме Весталок . Аристофан упоминает сжигающую линзу в своей пьесе «Облака» (424 г. до н. э.). [3]
Стрепсиад. Видел ли ты когда-нибудь в аптеке прекрасный, прозрачный камень, с помощью которого можно разжечь огонь?
Говорят, что эллинистический греческий математик Архимед использовал зажигательное стекло в качестве оружия в 212 г. до н. э., когда Сиракузы были осаждены Марком Клавдием Марцеллом из Римской республики . Римский флот, предположительно, был сожжен, хотя в конечном итоге город был взят, а Архимед убит. [4]
Легенда об Архимеде дала начало значительному количеству исследований зажигательных стекол и линз вплоть до конца 17 века. Различные исследователи от средневекового христианского мира до исламского мира работали с зажигательными стеклами, включая Антемия из Тралл (6 век н. э.), Прокла (6 век; [5] который таким образом якобы уничтожил флот Виталиана , осаждавшего Константинополь ), Ибн Сахла в его «О зажигательных зеркалах и линзах» (10 век), Альхазена в его «Книге оптики» (1021), [6] Роджера Бэкона (13 век), Джамбаттиста делла Порта и его друзья (16 век), Афанасия Кирхера и Гаспара Шотта (17 век) и графа де Бюффона в 1740 году в Париже.
В то время как эффекты камеры-обскуры были упомянуты греческим философом Аристотелем в 4 веке до н. э., современные китайские моисты периода Воюющих царств Китая , составившие «Моцзы», описали свои эксперименты с зажигательными зеркалами и камерой-обскуру . [7] Спустя несколько десятилетий после того, как Альхазен описал камеру-обскуру в Ираке, китайский государственный деятель династии Сун Шэнь Ко был тем не менее первым, кто ясно описал связь фокальной точки вогнутого зеркала , точки горения и камеры-обскуры как отдельных явлений излучения в своих «Очерках о пруду сновидений» (1088). [8] К концу 15 века Леонардо да Винчи был первым в Европе, кто сделал подобные наблюдения о фокальной точке и камере-обскуре. [9]
Горящие линзы использовались в XVIII веке Джозефом Пристли и Антуаном Лавуазье в их экспериментах по получению оксидов, содержащихся в закрытых сосудах при высоких температурах. К ним относятся углекислый газ, получаемый при сжигании алмаза, и оксид ртути, получаемый при нагревании ртути . Этот тип эксперимента способствовал открытию Пристли « дефлогистированного воздуха », который стал более известен как кислород после исследований Лавуазье. [10]
Глава 17 книги Уильяма Бейтса 1920 года « Совершенное зрение без очков », в которой автор утверждает, что наблюдение за солнцем полезно для людей с плохим зрением, включает в себя рисунок человека, «фокусирующего лучи солнца на глазу пациента с помощью зажигательного стекла». [11]
С помощью зажигательной линзы великого герцога Тосканского сэр Гемфри Дэви и Майкл Фарадей 27 марта 1814 года сожгли алмаз в кислороде.
Первая история, похожая на историю о горящем стекле, принадлежит Архимеду, который использовал его в военных целях в 212 г. до н. э. Когда Сиракузы были осаждены Марком Клавдием Марцеллом, римский флот, как говорят, был сожжен не стеклом как таковым, а вогнутым зеркалом из латуни, фокусирующим солнечный свет. Независимо от того, произошло ли это на самом деле, в конце концов город был взят, а Архимед убит. [12]
В 1796 году, во время Французской революции и через три года после объявления войны между Францией и Великобританией, физик Этьен-Гаспар Робер встретился с французским правительством и предложил использовать зеркала для сжигания вторгшихся кораблей британского королевского флота . Они решили не принимать его предложение. [13]
Горящие стекла (часто называемые огненными линзами ) до сих пор используются для разжигания огня на открытом воздухе и в примитивных условиях. [14] Большие горящие линзы иногда принимают форму линз Френеля , похожих на линзы маяка , [15] включая те, которые используются в солнечных печах . [16] Солнечные печи используются в промышленности для получения чрезвычайно высоких температур без необходимости в топливе или больших запасах электроэнергии. Иногда они используют большой параболический массив зеркал (некоторые объекты имеют высоту в несколько этажей) для фокусировки света до высокой интенсивности.
В различных религиозных обрядах зажигательное стекло используется для зажигания священного огня .
С 7 по 16 века христиане использовали зажигательное стекло для поджигания пасхального огня во время пасхального бдения . Так, святой Бонифаций объяснил папе Захарию , что он производит новый огонь Святой субботы с помощью хрустальной линзы, концентрирующей лучи солнца. Этот процесс также упоминался в литургических книгах до Римского папского собора 1561 года. [17]
В Камбодже зажигательное стекло также использовалось с древних времен для кремации королей и совсем недавно для похорон короля Сианука . Крематорий короля традиционно подготавливается бакинским брахманом из Королевского дворца в последний день недельных похорон. Небольшие кусочки ароматного агарового дерева помещаются под увеличительное стекло, пока оно не загорится. Раскаленное дерево используется для зажигания свечей и передачи огня присутствующим, которые обычно забирают свои зажженные свечи домой. [18]
Олимпийский факел , который проносят по территории страны-хозяйки Олимпийских игр , зажигают с помощью зажигательного стекла на месте древней Олимпии в Греции . [19]
Было проведено несколько реальных испытаний для оценки достоверности легенды об Архимеде, описанной выше на протяжении веков, включая испытание графа де Бюффона (около 1747 г.), задокументированное в статье под названием «Изобретение зеркал Арденс, для Брюсселя на большом расстоянии», и эксперимент Джона Скотта, который был задокументирован в статье 1867 г. [20] В 1973 г. греческий ученый доктор Иоаннис Саккас, заинтересовавшийся тем, мог ли Архимед действительно использовать «зажигательное стекло», чтобы уничтожить римский флот в 212 г. до н. э., выстроил в ряд около 60 греческих моряков, каждый из которых держал продолговатое зеркало, наклоненное так, чтобы ловить солнечные лучи и направлять их на деревянный корабль в 160 футах от него. Корабль сразу же загорелся. Саккас сказал, что после эксперимента у него не осталось никаких сомнений в том, что великий изобретатель мог использовать бронзовые зеркала, чтобы потопить римлян. [21]
Однако учет боевых условий делает такое оружие непрактичным, а современные испытания опровергают такие заявления. Эксперимент был проведен группой в Массачусетском технологическом институте в 2005 году. Он пришел к выводу, что хотя теория была верна для неподвижных объектов, зеркала вряд ли смогли бы сконцентрировать достаточно солнечной энергии , чтобы поджечь корабль в боевых условиях. [22] Аналогичные эксперименты проводились в популярном научно-популярном телешоу MythBusters в 2004 , 2006 и 2010 годах , придя к схожим результатам, основанным на предпосылке спорного мифа.
Однако в эпизоде программы Richard Hammond's Engineering Connections , посвященном обсерватории Кека (чье рефлекторное стекло создано на основе зеркала Архимеда), было успешно использовано гораздо меньшее изогнутое зеркало для сжигания деревянной модели, хотя уменьшенная модель была сделана из материалов не того же качества, что и в проекте MythBusters . [23] [24]
Медиа, связанные с Burning Glasses на Wikimedia Commons