用两块玻璃做放大镜

时间:2023-11-17 15:29:03

儒勒·凡尔纳写过一部小说,叫《神秘岛》,里面讲的是几个人如何在荒岛上生存的。里面有一个情节是关于在没有火柴和打火机的情况下,如何生火的。我们知道,鲁滨孙是借助闪电,烧着了一段树枝,然后生起了火。但是,在《神秘岛》里,他们却利用物理学原理和自身的机智,而不是偶然的闪电生起了火。如果你也看过这部小说的话,你一定也记得下面的情节:

打猎回来的潘科洛夫水手看到了惊人的一幕,工程师和通讯记者史佩莱正坐在燃烧着的火堆旁烤火。

用两块玻璃做放大镜

“你们怎么生的火呀?”潘科洛夫问。

“不是我们,是太阳。”史佩莱说。

史佩莱说的是实话。是的,令潘科洛夫惊奇的火堆就是太阳点着的。但是,这还是把潘科洛夫惊着了,他甚至都忘了问问工程师到底是怎么回事。

潘科洛夫继续问:“你带了放大镜吗?”

“没有,不过我做了一个。”史佩莱边说边拿起了一个东西。潘科洛夫一看,这不是两块玻璃吗?而且这两块玻璃还是从工程师和史佩莱的手表上拆下来的。不同的是,在这两块玻璃的中间,装满了水,而且接合处用泥封了起来。这确实是一个放大镜。正是利用了这个“放大镜”,才引燃了地上干燥的苔藓,生起了火堆。

那么,为什么一定要在两块玻璃中间装上水呢?如果不装水或者不装满,就不行吗?

是的,如果不装水,是不行的。我们知道,两块玻璃的两个表面是平行的,但都是同心的球形凹面,从物理学原理上来讲,光在射过这块玻璃的时候,基本上不会改变方向。如果不装水,就会射过另一块玻璃,并直接穿出来,而不会聚到一起。也就是说,光在射过不装水的两块玻璃后,并没有发生折射,光也不会聚到焦点上。但是如果装满水,就不一样了,光在穿过玻璃后,就会发生折射,因为水的折射率比空气大多了。小说里的工程师就是充分利用了这一原理。

球形的玻璃瓶也可以用来取火,只要在里面装满水就可以了。在很早以前,人们就发现了这个事情,并且发现玻璃瓶里的水仍是凉的,并没有发热。还有人因为疏忽,把装了水的这种玻璃瓶放在窗台上,结果把窗帘烧着了,把桌子也烧坏了。以前的药房里,也经常看到这种玻璃瓶,里面装着各种颜色的水,用来装饰橱窗,但是不得不说,这是一个很大的火灾隐患,经常把药品都给烧着了。

实验证实,用一只直径为12厘米的小圆瓶,利用太阳光的聚焦,可以把表玻璃上的水煮沸。而直径15厘米的这种圆瓶,焦点上的温度有120℃。有人甚至用它来点烟。

需要指出的是,虽然可以用水做的透镜来生火,但是跟玻璃透镜比起来,还是差多了。这是因为水的折射率要比玻璃小多了,而且,光在水里传播的时候,水还会吸收光线中的大部分红外线。对物体加热,红外线的作用是最大的。其实,我们可以很简单地证明,小说《神秘岛》里的生火方法是不切合实际的。

在2000多年前,古希腊人就发现了玻璃透镜的这一特点,并在实践中加以应用,这比眼镜和望远镜的发明还早了1000多年。古希腊有一位喜剧诗人叫亚里斯多芬,在他写的喜剧《云》中,就有关于玻璃透镜取火的描写:

一个人问另一个人:如果有人写了一张欠条,说你欠他钱,那怎么才能把这个欠条销毁呢?另一个人想了一会儿,然后说:“我想到了一个非常好的方法,而且绝对是最奇妙的方法。你见过药房里把药品烧着的那个透明东西吗?”

“你说的是‘取火玻璃’吧?”

“没错,就是它!”

“那该怎么做呢?”

“等他写欠条的时候,把它放在他后面,让太阳光穿过去,就把写的字给烧掉了,这样就没有证据了!”(需要指出的是,当时的人们是把字写在涂了蜡的木板上,而蜡遇热就会熔化。)