Arşimed, Antik Yunan’ın en ünlü matematikçilerinden ve mucitlerinden biriydi. MÖ 287’de Sicilya’nın Syracuse kentinde doğdu ve 76 yaşında öldü (Toomer, 2023).

Arşimed’in icatları daha sonra Leonardo Da Vinci (“Arşimet”, 2023) dahil olmak üzere geleceğin birçok mucidi tarafından övüldü. 

En dikkate değer icatlarından biri Arşimet Ölüm Işınıydı. Arşimet Ölüm Işını, güneş enerjisinden yararlanmanın ve onu bir silah olarak kullanmanın en eski biçimlerinden biri olarak görülüyor.

  -Ölüm Işını, güneş ışınlarını tek bir odak noktasına odaklayacak şekilde konumlandırılmış bir dizi büyük içbükey aynadan oluşur.

  -Ölüm Işını, hedefinden 200-1000 feet uzaklığa yerleştirilmek üzere tasarlandı (Clark, 2008).

  -Arşimet Ölüm Işınının en büyük tarihsel kullanımının MÖ 213-212 yılları arasındaki Syracuse savaşı sırasında olduğuna inanılıyor ( Turkish, 2023).Bu olayda Ölüm Işını, Syracuse surlarına doğru ilerleyen Roma ordusuna karşı bir silah olarak kullanıldı. Işınların aynaları Syracuse Körfezi boyunca konumlandırılmış ve Roma gemilerine doğru açılandırılmıştır (Matthews, 2017). Kanıtlar, yanmanın hızlı bir şekilde gerçekleştiğini ve ışınların birleşik ısısının Roma gemilerinin dakikalar içinde tutuşmasına neden olabileceğini gösteriyor (“Arşimed Ölüm Işını: Fikir Fizibilite Testi”, 2005). Antik çağlardan beri bu teknik, her Olimpiyat oyununun başlangıcında Olimpiyat meşalesini yakmak için kullanılmıştır. Geleneksel bir tören sırasında, güneş ışınları parabolik bir aynadan yansıyarak enerjiyi Olimpiyat meşalesine odaklar ve onu ateşler (“Olympic Meşalesi Olympia’da yakıldı”, 2008).

Amaç

Bu projenin amacı, Arşimet Ölüm Işınının ardındaki prensibin minyatürleştirilmiş bir deney düzeneği kullanılarak makul olup olmadığını değerlendirmekti.

Hipotez

İçbükey aynaların ışık enerjisini bir hedefe odaklamak için kullanılabileceğini ve ayna sayısı arttıkça hedefin sıcaklığının daha da artacağını varsaydım.

MALZEMELER VE YÖNTEMLER

Deney, ortam sıcaklığının 21°C’ye sabitlendiği kontrollü bir iç mekan ortamında ve tek bir ortamda gerçekleştirildi.

Deneyleri doğru bir şekilde gerçekleştirmek için aşağıdaki ekipman satın alındı ​​(Şekil 1): bir Kızılötesi Termometre (INKBIRD, Kızılötesi Termometre Tabancası, Amazon), içbükey aynaları tutmak için plastik kelepçeler (EVORETO Aksiyon Figürü Standı, Amazon.ca), bir masa kelepçesi 50W ve 100W LED lambalı stil ısıtma lambası (PETBODA Isıtma Lambası çift kafalı, Amazon.ca), dört içbükey ayna (United Scientific 100MM odak uzaklığı içbükey aynalar, Amazon.ca) ve bir karton kağıt parçası ile işaretlenmiş net odak hedef bölgesi.

Çalışmada kontrol edilen değişkenler şunlardır

 Işık kaynağından aynalara olan mesafe, ışık kaynağından hedef bölgeye olan mesafe, hedef bölgenin ısıtma lambası altında kalma süresi, hedefin soğuma süresi her deneyi takip eden bölge ve kızılötesi termometreden hedef bölgeye olan mesafe. Çalışmadaki bağımsız değişkenler ısıyı odaklamak için kullanılan içbükey ayna sayısı ve ısı kaynağının gücüdür. Bağımlı değişken, odaklanmış ışık altında 3 dakika kaldıktan sonra hedef bölgenin sıcaklığıdır.

Deneysel Tasarım

Deney, bir masanın kenarına bir ısıtma lambasının (50W LED ampul) takılması ve doğrudan işaretlenen hedef bölgeye yönlendirilmesiyle gerçekleştirildi (Şekil 2). Kızılötesi termometreyi hedef bölgeden sabit bir mesafede tutmak için bir stand kullanıldı ve hedef bölgenin sıcaklığı üç kopya halinde ölçüldü ve taban sıcaklığı olarak kullanıldı. Daha sonra hedefi ısıtmak için ışık kaynağı 3 dakika süreyle açıldı ve hedef bölgedeki sıcaklık üç kopya halinde ölçüldü. Pilot deneyler, 3 dakikalık ısıtmanın odak noktasında sabit bir sıcaklığa yol açtığını belirledi. Daha sonra bir sonraki deney serisine hazırlık amacıyla kelepçelere dört içbükey ayna takıldı. Her testten sonra hedef bölgenin soğumasına ve tekrar başlangıç ​​sıcaklığına ulaşmasına izin verildi (doğrulamak için kızılötesi termometreyle ölçüldü). Birinci ayna, ışığı 3 dakika boyunca hedefe yansıtacak şekilde konumlandırıldı ve hedef bölge sıcaklığı üç kopya halinde ölçüldü. Hedef bölgenin soğumasına izin verildikten sonra toplam 4 adet ayna hedef bölgeye yönlendirilinceye kadar ilave aynalar eklendi. Her aynanın odak bölgesinin doğruluğu, yansıyan ışığın odak noktasının aynalar arasında tutarlı bir şekilde aynı boyutta olması sağlanarak görselleştirildi. Her denemeden sonra üç kopya halinde sıcaklık ölçümleri alındı. Daha geniş bir sonuç aralığı elde etmek için tüm bu süreç 100W’lık bir ampul kullanılarak tekrarlandı.

SONUÇLAR

Daha fazla içbükey ayna eklendikçe hedef bölgenin sıcaklığında istikrarlı bir artış oldu (Tablo 1).

İlginç bir şekilde, tek bir aynanın eklenmesi, hedefin üzerinde tek başına parlayan ısıtma lambasıyla karşılaştırıldığında hedef bölge sıcaklığında tespit edilebilir bir artış sağladı. Şekil 3’te görüldüğü gibi mavi çubuklar 50W’lık bir ampul kullanılarak hedef bölgenin sıcaklığını temsil ederken, kırmızı çubuklar 100W’lık bir ampulle hedef bölgenin sıcaklığını temsil etmektedir. Sıcaklıktaki en büyük artışın ısı + 3 ayna ile ısı + 4 ayna arasında olduğu dikkat çekiyor. Bu hem 50W hem de 100W ampuller için meydana geldi.

Ne kadar çok ayna eklenirse o kadar yüksek sıcaklığa ulaşıldığı ve en büyük sıcaklık artışının dördüncü bir aynanın eklenmesiyle gerçekleştiği açıktır.

TARTIŞMA

Genel olarak sonuçlar, ışığa odaklanmak için bir ayna kullanımının, hedef sıcaklığı yakındaki bir ışık kaynağının tek başına yapabileceğinden daha fazla artırdığını gösteriyor.

  -Bu oldukça dikkat çekicidir, çünkü ışığın her yöne gittiğini ve içbükey aynanın şeklinin ışık dalgalarını tek bir noktaya odakladığını akla getirir.

  -Ayna sayısı arttıkça hedef bölgenin sıcaklığı da arttı. Işık kaynağının gücünün arttırılması, aynaların her biri için hedef bölgenin sıcaklığını büyük ölçüde artırdı..

Enerjiyi yansıtacak ayna sayısını ikiye katlamak, hedef bölgenin sıcaklığını iki katına çıkarmadı. Yalnızca 50W ısı kaynağının taban çizgisine göre sıcaklıktaki bağıl değişime bakarak verilerin daha ayrıntılı değerlendirilmesinde, ilave aynaların eklenmesindeki değişimin büyüklüğü, 3 aynaya kadar her ilave aynada yaklaşık 2°C’lik bir artışa yol açmıştır; Dördüncü aynanın eklenmesi hedef bölgedeki sıcaklıkta 8°C’lik bir sıçramaya yol açtı.

  -Aynı şekilde 100W’lık ısı kaynağı için değerlendirildiğinde, 3 aynaya kadar her aynada sıcaklık değişimi 4°C, 4. aynada ise ilave 10°C olmuştur.

Arşimet Ölüm Işını’nın olduğuna inanılan şeyin gerçek boyutlu bir temsilini oluşturan MythBusters deneyi de dahil olmak üzere diğer bazı deneylerde Arşimet Ölüm Işını kullanıldı.

Benim deneyimimden ve MythBusters tarafından yapılan deneyden en büyük fark, onların tek bir stand üzerinde asılı birden fazla ayna kullanması, benim ise birden fazla stand kullanmamdır (“Skulls In The Stars”, 2008). Tarihsel tasvirlerde aynaların tümü yaklaşık bir insan büyüklüğünde tek kavisli tabakalardan oluşuyordu ve Syracuse Körfezi’nin etrafına dağılmış yüzlerce ayna vardı. Tarihi olayların daha gerçekçi ve doğru bir tasvirini yaratmayı amaçladım. MythBusters ekibi ayna kullanımının hedef sıcaklığı önemli ölçüde arttırdığını göstermiş olsa da, Arşimet Ölüm Işını kullanılarak yanmanın mümkün olmadığı ve o dönem için uygun bir yok etme yöntemi olmadığı sonucuna vardılar. Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nden (MIT) başka bir ekip de Arşimet tasarımlarını deney ve simülasyon yoluyla kopyalamaya çalıştı ve Ölüm Işını ilkesinin makul olduğunu buldu (“Arşimed Ölüm Işını: Fikir Fizibilite Testi”, 2005). Yazarlar, daha büyük bir odak hedef bölgesi oluşturmak için değişken odak uzaklıklarına sahip birden fazla cilalı bronz aynanın kullanılmasının yanık verimliliğini artırabileceğini bulmuşlardır. Ayrıca bulutlu günlerin sonucu etkileyebileceğini de buldular. Ancak ahşap gemilerin ahşap türü veya nem içeriği ne olursa olsun, yanmanın 11 dakikadan daha kısa sürede gerçekleşebileceğini buldular. Benzer şekilde ilave aynalarla hedef sıcaklığın arttırılmasının mümkün olduğu sonucuna vardım ancak deneyimim yanma yaratmak için tasarlanmamıştı. Deneysel bulgularıma dayanarak MIT grubuyla aynı fikirdeyim ve yeterince güçlü bir ısı kaynağı ve daha büyük, hepsi mükemmel bir açıya odaklanmış birden fazla aynayla yanmanın mümkün olabileceğine inanıyorum.

Bu teknolojinin sınırlamalarından biri, yılın soğuk aylarında veya bulutlu gökyüzü gibi ışık kaynağının engellenmesi durumunda çalışmayabilmesidir.

Ek olarak, bu teknolojinin pratik uygulaması, dalgalı bir denizde hareket eden gemilerde olduğu gibi, ışık kaynağından hedef alana kadar olan mesafedeki bir değişiklikten kolayca etkilenebilir ve bu da ışınların verimliliği üzerinde açıkça bir etkiye sahip olacaktır.

Ayrıca Yunanlıların Roma gemilerini su altı ağları veya stratejik olarak yerleştirilmiş kayalar kullanarak yerinde kilitleme yöntemi olup olmadığını veya yanma yaratmak için geminin belirli bir bölümünü hedef alıp almadıklarını bilmiyoruz. Bu teorileri destekleyen hiçbir arkeolojik kanıt olmadığı göz önüne alındığında, yalnızca spekülasyon yapabiliriz.

Sonuç olarak, bu deneyler Arşimet Ölüm Işını’nın ardındaki prensibin kesinlikle mümkün olduğunu gösterdi ve dolayısıyla içbükey aynaların bir ışık kaynağından yayılan ışığı yansıtmak ve yoğunlaştırmak için kullanılabileceği yönündeki orijinal hipotezlerimi kabul ediyorum.

Yansıtıcı aynaların sayısı arttıkça hedefin sıcaklığı da artar. Işık kaynağının gücünün değiştirilmesi hedefin sıcaklığını da artırdı. Ancak düzgün çalışması ve ahşap gemi gibi büyük nesnelerin yanmasına neden olması için çok güçlü bir ışık kaynağına ve çok sayıda büyük aynaya ihtiyaç vardır. Antik Siraküza’da Ölüm Işınının kullanımına ilişkin tarihsel açıklamalar akla yatkındır, ancak Antik Filozofların kitaplarında kaydedilenler dışında Arşimet Ölüm Işını’na ilişkin hiçbir arkeolojik kanıt bulunamamıştır.