¿Mal podría alguien herido por la luz solar concentrada?

Question

Recientemente-ish, me topé con un interesante corto de la historia (por el camino de la Ciencia Ficción Y la Fantasía de Intercambio de la Pila) cuando un árbitro de fútbol es aparentemente incinerados a la concentración de la luz solar.

Cuando el árbitro había estado de pie, había un pequeño montón de humeantes, a partir de la cual una delgada columna de humo, acurrucado en el aire inmóvil.

Esto se logra en la historia, unos 50 000 reflectante de aluminio programa cubre, cada uno del tamaño de una hoja tabloide.

Lo que más me interesa (la física es una de mis periféricos intereses) es la viabilidad de este método en el mundo real. Wikipedia dice un periódico sensacionalista de la hoja es $279\;\mathrm{mm} \cdot 432\;\mathrm{mm} = 120528\;\mathrm{mm}^2 \approx 0.121\;\mathrm{m}^2$, dando cincuenta mil personas con el programa de cada uno, un total de $6026.4\;\mathrm{m}^2$ a trabajar. (Ajuste por menos-que-perfecta objetivo, yo diría que más cerca alrededor de $5000\;\mathrm{m}^2$.) Si usted puede redirigir esa cantidad de luz solar en acerca de una persona del área de la superficie, la cantidad de energía que sería? Qué daño podría causar?

No podía haber sentido mucho; era como si él había caído en un alto horno...

Puede que la cantidad de poder que en realidad incinerar a alguien?

---

Se me ocurre que la Wikipedia resumen de la historia (citado en SciFi.SE) sólo indica que el árbitro "se desplomó y murió". Si la incineración no es posible, podría la energía implicada todavía ser letal por otros medios?

Answer 1

Hay un horno solar en Francia que puede derretir el acero. No sé la zona de recogida de la misma, pero es probablemente mayor que 5000 m ${}^2$. Comprimidos de hoja de lata... No sé. Pero parece que la historia de sci fi no es extravagante.

Answer 2

En el radio de la tierra, la radiación solar es de aproximadamente $1.412\;\mathrm{kW/m^2}$, dando un total de poder golpear la hoja de papel de aluminio (suponiendo que la incidencia normal) de $\sim7.06\;\mathrm{MW}$. La persona promedio en estados unidos es de alrededor de $1.7\;\mathrm{m}$ alto, y en algún lugar alrededor de $0.5\;\mathrm{m}$ amplia, por lo que su área de la sección transversal alrededor de $0.85\;\mathrm{m^2}$. Esto significa que la voluntad humana tiene una irradiancia de alrededor de $8.3\;\mathrm{MW/m^2}$ (suponiendo incidencia normal, aumentando el ángulo de la hoja con respecto al sol, se disminuirá la potencia total, y golpear al hombre desde cualquier ángulo aumentará la potencia de la que él se siente a nivel local). Ahora, aquí es donde se pone complicado. El espectro de cuerpo negro de la sun peaks en el visible, y es absorbido fuertemente por el ambiente en el UV y se desintegra en el infrarrojo. La ablación del tejido requiere en algún lugar en el orden de $2\;\mathrm{MW/m^2}$ por infrarrojos, láser de diodo con un pico en 1470nm (ver "Óptico Sellado y Corte de los Vasos Sanguíneos por medio de Láser en el Infrarrojo Cercano de la Radiación." por Sarah Rosenbury). Ahora, que es de todos el poder dirigido a un pico de absorción del espectro de absorción de agua. Por lo tanto, debido a que la absorción de los tejidos humanos en el visible es predominantemente debido a la melanina y de la sangre (hemoglobina Hb), la dispersión se producirá antes de la absorción (excepto en la hemoglobina y la melanina moléculas) y más energía se pierde. No olvidar mencionar que la profundidad de penetración (qué tan profundo se va la luz) es, en el mejor de un par de milímetros. Por lo tanto, si bien es probable que causar quemaduras, la luz de su ropa en llamas, y en general ser doloroso, el daño sólo sería profunda de la piel. Con el fin de penetrar más profundamente en lo que uno podría necesitar el uso de rayos gamma (lo cual es difícil debido a la absorción atmosférica) o algo con una mayor longitud de onda, como las microondas (pero tienen una muy baja energía por partícula, por lo que requeriría de MUCHO más). Así como una respuesta final a su pregunta, no. No es posible instantáneamente vaporizar a alguien en esas condiciones, digamos incinerar.

Answer 3

En sus figuras, va a depender de las condiciones, y también de manera crítica sobre lo que el árbitro llevaba; pero, en general, que sin duda puso a la desventurada árbitro en posición muy peligrosa. Probablemente no sería tan dramática como en el cuento.

En un día típico, vamos a decir que el Sol brinda $750{\rm\;W\;m^{-2}}$ intensidad cuando rectas de sobrecarga. Escala por $\cos(\pi/3)= 1/2$ para un típico latitud. Escala de nuevo por $1/2$ a cuenta del hecho de que las láminas debe ser inclinada unos 45 grados para dirigir la luz. Y añadir un factor más para el azar pérdidas, por lo que asumimos que una décima parte de la luz del sol llega a su destino. Usted todavía tiene $500 \times 750{\rm\;W}$ llegando a los desventurados compañeros:$350{\rm\;kW}$. Vamos a suponer que un cuerpo está compuesto principalmente de agua: 70kg cuerpo, por lo tanto tiene una capacidad de calor de $280{\rm\;kW\;K^{-1}}$. De modo que la carga de calor, si todos absorbido por los compañeros del cuerpo, llevaría a un aumento de la temperatura un par de grados por segundo. Eso no es bueno. Como se puede ver, si algunos de mis factores de escala se incrementaron para más "favorables" (los asesinos) los valores, podemos conseguir un tercio de la luz capacitados sobre su cuerpo: seis grados centígrados de incremento por segundo. Que muy rápidamente a ser letales.

Ahora llegamos a lo que los compañeros estaban usando. Y también su color de piel. su va a ser crítico. Si él estaban revestidos de una gran reflexión traje espacial, que podría tarifa bastante bien. Si él se viste de blanco y fueron rápidos ingeniosos, él podría tener el tiempo para pato y rastreo de distancia. Si lo que llevaban eran de lana o retardante de fuego, incluso mejor.

Se necesitaría un poco más de luz que la que surge de las condiciones en el cuento a obtener un dramático "vaporización", pero no sería bueno para el árbitro.

Es interesante comparar mi respuesta y la de Chris como he mirado en la carga de calor, mientras que Chris está mirando más específica límites de seguridad en la intensidad óptica para la piel. Las dos respuestas aproximadamente de acuerdo en sus conclusiones, aunque debo pensar que "la profundidad de la piel daño" a una gran parte del cuerpo que bien podría ser letal, como cualquier médico o a la enfermera en una unidad de quemados diré.

Answer 4

Un objetivo puede quemar gravemente en el punto focal, uno puede fácilmente iniciar un incendio y obtener una quemadura si uno es lo suficientemente estúpido como para centrarse mucho más en la piel.

Un $5 \ {\rm cm}$ diámetro de la lente concentra el poder de hablar $2 \times 10^{-3}$ metro cuadrado. Tomando el conservador $750 \ W/m^2$ ($1200$ en mi zona) un poder de $750\times (2 \times 10^{-3})$ $2 \rm mm^2$ o $1.5 \ W$ $2 \ \rm mm^2$ de piel o de papel o de madera, establece el fuego y la quema de materiales inflamables.

Si el área de la sección transversal de un hombre es $0.85 \ \rm m^2$ como Chris estimaciones, para quemar con la potencia similar a una lente de un área , se debe enviar a $\sim 4.3\times 10^5$ watts en esa área ($0.85/2\times 10^{-6}$).

Así que si megavatios se concentraron en el hombre, dependiendo de la hora, en primer lugar, su ropa se quema, entonces la piel se seca y se quema. Chris solución da megavatios (8.3) para cubrir esta estimación, y sospecho que los autores utilizaron la lente de ejemplo para llegar a los números reales y necesarios de 50.000 personas en el estadio lado del sol..

Acerca de Arquímedes configuración de naves en llamas:

Una prueba de la Arquímedes calor ray se llevó a cabo en 1973 por el científico griego Ioannis Sakkas. El experimento se llevó a cabo en el Skaramagas base naval fuera de Atenas. En esta ocasión el 70 espejos que fueron utilizados, cada uno de cobre con una capa y un tamaño de alrededor de cinco por tres pies (1,5 por 1 m). Los espejos se han indicado en la chapa de madera, maqueta de un Romano buque de guerra a una distancia de alrededor de 160 pies (50 m). Cuando los espejos se centró con precisión, la nave estalló en llamas dentro de un par de segundos. La madera contrachapada de la nave había una capa de alquitrán de pintura, que podrían haber ayudado a la combustión. Una capa de alquitrán habría sido un lugar común en los barcos en la época clásica.

Hizo mitos y realidades del uso de alquitrán recubierto de barcos? Tar fue el único material resistente al agua conocido por los antiguos para la impermeabilización de barcos y buques. Además, el Mediterráneo tiene muy seco los días soleados la mayor parte del verano, el vatios/metersquare puede llegar a 1200, ( bueno para los paneles solares)

Moraleja: no creo que sea mitos y realidades decir de manera acrítica.

Answer 5

Leer sobre un crematorio solar que muestra lo que es posible con 4 m2 de luz concentrado sol.

http://www.Solare-BRUECKE.org/infoartikel/Papers_%20from_SCI_Conference_2006/22_wolfgang_scheffler.pdf