Archimedes soll laut Geschichtsschreiber im Jahr 212 v. Chr. in Sizilien die ganze Römische Flotte angezündet haben. Eine Legende? Es gab damals keine Spiegeln. Und kann so etwas überhaupt funktionieren?
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David Wallace vom MIT hat das Experiment 2005 mit Studenten nachgestellt. 80 Studenten richteten einen Spiegel auf ein Holzschiff, das bereit gestellt wurde. Aus 50 Meter Entfernung konnte eine schwelende Stelle am Schiff erzeugt werden, aus 25 Metern Entfernung wurde auch eine Flamme erzeugt, die aber dann rasch ausging. Archimedes Geschichte dürfte also eine Legende sein, aber in jedem Fall gute und abschreckende “PR”.
Hintergrund: Etwas beginnt zu brennen, wenn seine Temperatur einen bestimmten Wert überschreitet, bei Holz ist das rund 250 bis 300 Grad. Die Wärmelehre kennt drei Arten der Wärmeübertragung.
1) Wärmeleitung durch direkten Kontakt – fällt hier aus.
2) Wärmetransport durch Konvektion, heiße Materie wird transportiert – fällt hier aus.
3) Wärmestrahlung. Durch Luft, durch Vakuum. Durch Licht. Das ist die Wärmeübertragung der Wahl.
Es muss also Energie übertragen werden. Von der einen Seite zur anderen. Konkret geht es um die Energie der Sonne, die – wie wir alle wissen – durchaus groß ist. 1367 Watt fällt pro Quadratmeter durch die Sonne auf die Erdoberfläche. Dieser Wert wird “Solarkonstante” genannt.
Wenn man das Licht von einem Quadratmeter mit einem Spiegel umlenkt, kann diese Energie auch wo anders hin transportiert werden, zum Beispiel auf einen Punkt auf der Schiffswand, die – wenn sie aus Holz ist – zu brennen beginnen wird. Wenn die Temperatur hoch genug ist, die damit erreicht wird.
Hier brauchen wir meist noch einen Multiplikationseffekt. Wenn ich zwei Spiegeln mit einem Quadratmeter nehme, und das Licht auf einen Quadratmeter reflektiere, indem ich die Spiegeln passend so halte, dass das passiert, kommen dort zwei mal 1367 W pro Quadratmeter an. Wenn ich mehr nehme, dann umso mehr. Und das ist der Effekt. 80 Studenten mit kleinen Spiegeln sammeln das Licht von 80 Stellen ein, um es auf eine Stelle – am Schiff – “übereinanderzulegen”. Und das funktioniert.
Real wird ein Spiegel aber nie zu 100% reflektieren, er wird einen Teil absorbieren, und damit selbst warm. Aber sagen wir, 80% wird schon zu machen sein. Bei Archimedes müsste man mit Bronceschildern 60% hinbekommen haben, die auch angeblich im Infrarotbereich (Wärmestrahlung) besonders gut reflektieren.
Alternativ könnte man einen großen Parabolspiegel nehmen. Der ist so geformt, dass er parallel einfallendes Licht automatisch übereinanderlegt, auf eine Stelle – im Brennpunkt. Wie eine Satellitenschüssel.
Ein Laserstrahl macht das übrigens schon aufgrund seiner Bauweise. Er hat extrem gebündeltes Licht, das auf einen Punkt nur strahlt und nicht “auseinanderfließt”, wie bei herkömmlichen Lampen. Dieser Punkt kann sich daher gut erhitzen.
Auch mit Lupen kann man Licht bündeln, hier wird das Licht nicht reflektiert, sondern durch das Material der Lupe geschickt, durch die Form der Oberfläche des Materials wird der Weg der Lichtstrahlen abgelenkt und – bei einer Sammellupe – in einem Brennpunkt gebündelt.
Verbrennungen gibt es dann auch noch mit runden Wassertropfen, auch sie können Licht bündeln, und man soll deswegen nicht in praller Hitze Garten gießen. Die Blätter könnten dadurch verbrennen.
Übrigens, die Römer kamen zurück und eroberten dann doch Syrakus, erzählt Prof. Wallace im NPR Interview. Einen Link zu den Presse-Artikeln seiner Aktion gibt es hier.
(Text: Lothar Bodingbauer)
