目的:学会制作冰透镜并测出它的焦距
器材:三个碗、自来水、冰箱、蜡烛、白纸、刻度尺
1.在三个碗内放上质量不等的水,再将碗放入冰箱冷冻室使水结冰
2.待其结冰后将碗取出,往碗的外部浇一些热水,取出碗形冰块,靠手的温度把冰透镜磨成形
3.点燃蜡烛,放至远处,在冰透镜后竖立白纸,使透过冰透镜的光线会聚在纸上,并不断地调整白纸的位置,使之能找到最亮,最清晰的点
4.用刻度尺测出该点到冰透镜的距离即为焦距
记录:三块冰的焦距如下表
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┃ 第一块(较薄) ┃第二块(较厚)┃第三块(最厚)┃
很可能是编的。首先一个大的问题就是水分子分吸收红外线,导致通过冰透镜的阳光失去大量的红外线,使发热的能力大大降低。不信的人可以找个球形的水瓶,放在太阳下面,然后手放在焦点位置上。虽然光线很亮,但是一点都不会烫手。这是水聚光与玻璃聚光的最明显区别。如果要用这样的阳光来生火,就需要一大块冰,而且加工精度还需要很高。要对一大块冰进行精加工,就需要很长的时间。如果在高温地区就没有时间制作冰透镜,因为融化的冰会导致表面不平整,无法聚焦。冰的强度不够,也会导致加工过程中碎裂。
如果在低温地区做好,再快速运送给高温地区的人使用的话,一拿出来就会在冰上结一层雾状的霜,这样透镜失去精度就无法使用了。
只能在低温地区制作冰透镜,并在低温地区使用。在环境温度很低的地方,要用失去大量红外线的阳光取火,需要一块非常大的透镜。透镜的表面是很复杂的,现代人通过微积分得到透镜表面方程,然后用数控机床加工模具,再用模具铸造透镜,假设古代人也有大型透镜的模具的话,就有可能制造大型冰透镜,通过可见光聚焦来取火。聚焦可见光取火需要非常高亮度的可见光,试验室里照一秒到两秒会烫手的那种绿色激光照到手指上,一节手指都是绿色亮得刺眼的。用可见光取火差不多就要有这种亮度。
另外,天然的冰块里面都有大量的气泡,聚光效果是很差的,要做冰透镜需要先对水进行蒸馏,尽量降低水中的气体和沙粒。
最后,假设古人做出了非常优质的大块冰透镜,还需要调试。拿在手上肯定不行,手一抖就前功尽弃了。透镜必须非常大,大到一般人很难用手拿稳,这是因为太阳相对位置也在改变,短时间点不着火后面肯定也点不着。因此才需要一个架子。架子必须可调,因为做出来的透镜焦距是无法预测的,所以还需要有一个可调整透镜位置的架子。好在这种透镜只能在北方用,北方的太阳很斜,调整位置不需要在高度上做非常大的变动。
好吧,既然冰透镜取火这么麻烦,为什么不用钻木取火呢?