经过101天的飞机、火车、汽车、韩国军舰、索普林甚至机器人旅行,奥运火炬最终将抵达韩国平昌冬奥会举办地。本周五,一位幸运的获奖者将用它点燃奥运圣火,这是奥运会的一个盛大的象征性开始。
虽然这场大火看起来像其他任何东西,但它的起源是特殊的:它不是用火柴或拉链打火机点燃的,而是用抛物面镜点燃的,与古希腊的仪式相呼应。
到在代数上,抛物线是一种特殊类型的弧,它是由其边的精确曲率定义的。从数学上讲,这些对称曲线都有某种形式的方程,Y=X^2。绕着抛物线的轴旋转一个抛物线,你就会得到一个抛物面镜的形状。
不像大多数的曲线,这些曲线将光线分散在多个方向上,反射的光束从抛物线反弹,并集中到一个点,即焦点。这些反射面被用于许多设备中,不仅可以集中反射光,还可以集中声波或无线电波。卫星天线、某些类型的麦克风、反射望远镜甚至汽车前灯都得益于抛物面天线的反射特性。
在奥林匹克运动会上,当太阳照射在抛物面天线上时,即古希腊人所知的“Skaphia”或“crucible”,光线都会从其侧面反弹并聚集起来在一个炽热的时刻。把一张纸或一个气枪放在那个焦点上,你就会着火。
一个单独的抛物面碟可以很好地加热物体,达到至少几百度的温度这真的很容易做到,”以色列内盖夫本古里安大学物理学教授杰弗里·戈登说。英国物理学家、科学传播家乔纳森·黑尔(Jonathan Hare)说,有些人甚至可以达到数千度的温度。黑尔曾目睹抛物面镜蒸发碳,这种现象只发生在温度超过2000摄氏度(约3600华氏度)时。
如果条件绝对理想,光可以被浓缩到与其光源相同的温度,戈登解释说。就太阳而言,这意味着当太阳光线集中时,温度上限约为10000华氏度。”“不管你做什么,不管你有多聪明,你都不能(通过集中阳光)把地球上的任何物体带到更高的温度,”戈登说,
,但当然,条件永远都不理想。首先,其中一些热量会流失到大气中。然后,一些被吸收到你的反射表面,还有一部分由于镜子的缺陷而被散射掉。”“抛物线是一个很好的聚光器,但不是一个完美的聚光器,”Gordon补充道,
Gordon的研究重点是将太阳浓度的极限推到最大。使用多个聚光镜,他的实验室已经达到了近3000摄氏度(约5400华氏度)的温度,为一系列的壮举加热,包括太阳能手术激光和用于制造纳米材料的反应堆。但现在,在一些真正酷热的温度下,他遇到了另一个问题。”“我们开始破坏一切,”他说,
在奥运火炬点燃的情况下,这些问题有些平淡无奇。首先,有可能出现云。在奥林匹亚赫拉古庙举行现代火炬点燃仪式之前的几天里,组织者用抛物面盘点燃一束火焰,以防仪式当天的云层遮住太阳。在2017年10月24日的雨天早晨举行的今年的活动中,这种准备被证明是有用的。
人们已经练习了数千年的太阳光集中。公元前212年围攻希腊锡拉丘兹期间太阳集中的最著名例子。希腊数学家和发明家
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