Можно ли защититься от дождя с помощью лазерного зонтика?

Подробности

Обновлено 30.05.2023 15:01

«В Матрице твоё сознание меняется, но ты по-прежнему остаешься физиком...»

Неверие и сомнения отбрось — очисти свой мозг для осознания нестандартных вопросов!
Присоединяйтесь к научным размышлениям!

Серьезные ответы физика на абсурдные гипотетические вопросы, возникающие порой у взрослых и детей.
Глава из книги "А что, если...?".
Автор: Рэндалл Монро — физик и программист.

Ранее
Оглавление
Далее

Укрываться от дождя под зонтиком или в палатке скучно. Что, если попробовать остановить дождь с помощью лазера, который будет прицельно испарять каждую каплю прежде, чем она приблизится к земле на три метра?

Бороться с дождем с помощью лазера — это одна из тех идей, которые звучат совершенно разумно, но если…
Что в ней разумного? Как это можно было сказать?

Идея лазерного зонта может казаться привлекательной, но…
Непонятно только, зачем.
Это не очень практичная идея.

Давайте сперва посмотрим на базовые требования к энергии. Чтобы испарить литр воды, понадобится около 2,6 мегаджоуля, а в сильный ливень может выпадать более сантиметра дождя в час.
Это тот случай, когда уравнение совсем не сложное: просто умножаем эти 2,6 мегаджоуля на скорость выпадения осадков и получаем необходимую для работы лазерного зонта мощность (в ваттах на укрытый от дождя квадратный метр). Когда единицы выходят настолько понятными, это даже странно:

7 киловатт на квадратный метр — это на порядок больше тепла, получаемого поверхностью Земли с солнечным светом, так что все вокруг довольно быстро нагреется.
В результате вокруг вас образуется облако пара, в которе вы будете перекачивать все больше и больше энергии лазера.

Другими словами, вы построите автоклав размером с человека.
Стоит ли говорить, что автоклавы — не самый популярный вид жилья.

Но дальше — хуже!
Испарить каплю воды лазером сложнее, чем может показаться.
На эту тему существует много, много, много публикаций, и общая идея такова: чтобы испарить каплю воды, а не просто разбить ее на маленькие капельки, нужно очень быстро передать ей много энергии.

Вот видео, на котором каплю воды сбивают лазером. Видно, что она скорее разлетается на брызги, чем испаряется.
Мораль в том, что нам, похоже, понадобится еще больше энергии, чем то уже непомерное ее количество, которое мы рассматривали.

Затем нас ждет проблема прицеливания.
Теоретически, она решаема.
Адаптивная оптика позволяет чрезвычайно быстро и точно управлять световыми лучами.
Чтобы укрыть от дождя 100 квадратных метров, понадобилось бы порядка 50 000 выстрелов в секунду. Это достаточно мало, чтобы не возникло явных причин привлекать теорию относительности, но уж как минимум понадобится более сложная аппаратура, чем просто лазерная указка на крутящейся подставке.

Простым выходом может показаться решение забыть о наведении и палить из лазеров во все стороны.
Если выстрелить из лазера в случайном направлении, на каком расстоянии он попадет в каплю?
Ответить довольно легко (это все равно что спросить, какая во время дождя видимость): как минимум несколько сотен метров. Если только вы не пытаетесь защитить целый район, стрельба во все стороны из мощного лазера вряд ли вам поможет.

И, честно говоря, даже если вы пытаетесь защитить целый район…

…стрельба из мощного лазера во все стороны уж точно не поможет.

Источник: Laser Umbrella, chtoes.li, CC BY-NC 2.5

Ранее
Оглавление
Далее