Können Laserwaffen unter Wasser funktionieren? [geschlossen]

Lichtstreuung ist ein relativ komplizierter Vorgang.

Kurz gesagt, der Strahl wird breiter und verliert an Leistung, wodurch er weniger gut funktioniert.

Beides reduziert die Intensität . Wenn Sie möchten, stellen Sie sich Intensität als Druck vor, da sowohl Intensität als auch Druck in umgekehrter Beziehung zur Fläche stehen. Das heißt, wenn zwei Strahlen die gleiche Leistung haben , aber einer eine breitere Streuung und somit eine größere Fläche hat , wird dieser Laser weniger „Schaden“ anrichten. Ebenso richtet eine Kugel, die mit der gleichen Kraft trifft, aber einen größeren Querschnitt hat, weniger Schaden an.

Nun zur Streuung :

Leider ist Wasser nicht wirklich wie Kristalle, die Licht in Muster brechen. Wasser und die meisten Flüssigkeiten sind das, was wir amorph nennen. Hier ist ein Bild von Wasser (amorph) links und Eis (kristallin) rechts:

Grundsätzlich bewirken die Atome in einer amorphen Flüssigkeit, dass das Licht in alle Richtungen abprallt, sehr wenig richtet sich auf und es wird gestreut.

Der Hauptprozess, der bei der Lichtstreuung auftritt, ist die Mie-Streuung , aber eine anständige Annäherung ist die Rayleigh-Streuung .

Ignorieren Sie dort alles außer der zweiten Klammer.

• Bei der Rayleigh-Streuung ist die Dämpfung (Leistungsverlust) proportional zum Kehrwert der Wellenlänge (Lambda, das wie ein auf dem Kopf stehendes Y aussieht) hoch 4 ! Richtig, haben Sie eine kurze Wellenlänge und die Dämpfung schießt in die Höhe. Verdoppeln wir die Wellenlänge, erhöhen wir die Dämpfung um den Faktor 16 , verdreifachen wir sie um den Faktor 81 !

Das ist alles schön und gut, aber wie sieht es aus? Nun, das hängt von der Größe der Partikel im Wasser ab. Wenn das Wasser nicht vollständig klar ist, findet viel mehr Streuung statt.

Hier ist ein Vergleich der Streuung in klarem Wasser und milchigem Wasser.

Es tritt von rechts ein, wird in der trüben Flüssigkeit verstreut und fließt dann direkt durch das klare Wasser. Das Muster ganz links hat einen viel größeren Bereich um sich herum, in dem sich das Licht ausgebreitet hat.

Hier ist eine andere, wo wir sehen können, wie sich das Licht in der „trüben“ Flüssigkeit ausbreitet, und es geht nicht so weit. Das ist die Verbreiterung und der Leistungsverlust, von dem ich eingangs gesprochen habe.

Um zu verstehen, wie die verschiedenen Wellenlängen mit Wasser und anderen Partikeln interagieren, hier einige Daten:

Sie können sehen, dass eine große Streuung von den Partikeln im Wasser ausgeht, aber nicht vom Wasser selbst (andere Faktoren spielen eine Rolle, und der Unterschied zwischen Luft und Wasser spielt über große Entfernungen im Wasser eine Rolle).

Ich würde diesen Streueffekt damit vergleichen, das Lasergewehr in eine viel schwächere abgesägte Laserschrotflinte zu verwandeln . Nicht so stark, aber mit mehr Streuung.

Kurz gesagt: Ja, es wird funktionieren, nur nicht so gut.

[Bearbeiten: wie von Wikipedia angefordert:

Die Absorption spielt in klarem Wasser eine viel größere Rolle und hängt davon ab, welche Schwingungsmoden die EM-Welle im Molekül anregt. Siehe hier für weitere Erklärungen. TL; DR , wenn es alles andere als sichtbares Licht ist, wird es schwierig sein, mehr als ein paar cm durch das Wasser zu gehen.

Laserwaffen können durch Wasser hindurch wirken, aber nicht sehr gut . Der Grund dafür ist, dass, wie Sie vorschlagen, das Licht sowohl vom Wasser als auch vom Ziel absorbiert wird, was das Wasser zum Kochen bringt und alle möglichen anderen Probleme verursacht.

Reines Wasser hat einen Absorptionskoeffizienten von etwa 2*10 ^-2 /m, was bedeutet, dass der Großteil der Energie nach einer Reise von 50 m durch Wasser absorbiert wird - und das, wenn der Laser die optimale Wellenlänge (blau-grün) hat. Trübes Wasser oder andere Farben verkürzen diese Distanz erheblich. Unter Wasser ist ein Laser also bestenfalls eine Nahkampfwaffe.

Laserschwerter existieren eigentlich nicht, daher ist weniger klar, wie sie mit Wasser interagieren würden. Vermutlich würden sie das Wasser kochen, was ihre Verwendung ziemlich interessant macht, aber abhängig von der postulierten Physik des Geräts könnten möglicherweise verschiedene andere Dinge passieren. Zum Beispiel würde alles, was magnetische Eindämmung verwendet, aufgrund der relativ hohen Leitfähigkeit von Wasser unter Wasser nicht funktionieren.

Verschiedene Partikelwaffen würden kaum besser durch Wasser gehen als durch eine Wand; es gibt ungefähr die gleiche Anzahl von Atomen, mit denen kollidiert werden kann. Alles, was "Bolzen" abschießt, soll normalerweise eine Art Partikelwaffe sein (z. B. magnetisch eingeschlossenes Plasma).

Das Medium beeinflusst immer die Leistung einer Waffe, aber das ist nicht selbstverständlich – Waffendesigner können das Design ändern, um die Stärken und Schwächen auf andere Weise auszugleichen. Denken Sie daran, dass Sie niemals die "perfekte" Waffe entwerfen können, da es immer einen Kompromiss gibt. Leider sind sich die meisten Autoren dieses heiklen Gleichgewichts nicht bewusst, oder Zeitbeschränkungen machen es unmöglich, dies zu tun. Die meisten Waffen in SciFi-Filmen und -Büchern machen also einfach keinen Sinn oder sind völlig unausgewogen.

Für Star Wars werden Blaster verwendet, aber es ist nicht wirklich klar, was ein "Blaster" ist, außer dass er auf verschiedene Leistungsstufen eingestellt werden kann, die Schaden verursachen, der von "betäuben" bis zu schweren Explosionen reicht.

Sie haben einige Eigenschaften einer Plasmawaffe, sind es aber nicht. Plasma hat einen starken Drang, sich zu verteilen, also bräuchte man etwas, um es zusammenzuhalten (fokussiert) und dieses Etwas muss mit dem Plasma gehen. Es gibt Plasmakonfigurationen, die sich selbst stabilisieren, aber wir müssen sehen, wo ihre Grenzen liegen.

Auch die Menge an Energie, die man in ein Plasma einbringen kann, hat eine Obergrenze. Tatsächlich ist es viel einfacher, eine stärkere Laserwaffe zu bauen, aber echte Laser funktionieren völlig anders als das, was Sie in jedem Film sehen können. Mit der Leistung, die einem Star Wars-Schlachtkreuzer zur Verfügung steht, könnte man leicht einen Multi-Megawatt-Laser bauen. Dieser Laser könnte alles – andere Schiffe, Monde, Planeten – in angemessener Zeit durchschneiden, und es gäbe keine Verteidigung dagegen.

Schilde könnten es nicht aufhalten, weil der Laser seine gesamte Energie auf einen sehr kleinen Ort bringt, also muss die gesamte Oberfläche des Schilds dieser Menge an jeder Stelle standhalten können. Sie könnten versuchen, einen Schild zu bauen, der "konzentriert" werden kann, aber dann komme ich mit zwei Lasern. Wenn Sie einen solchen Schild mit Energie versorgen könnten, wäre dies eine Verschwendung, da Sie dieselbe Energie verwenden könnten, um Hunderte von Lasern anzutreiben, die einfach jeden Feind aus dem Himmel schießen, bevor sie auf Sie feuern können, wodurch der Schild nutzlos wird .

Das wäre fatal für die Story: Alle Kämpfe wären in wenigen Sekunden vorbei. Wer zuerst schießen darf, gewinnt. Keine Heldentaten. Schlimmer noch, Schlachten würden über Entfernungen von 100.000 km ausgetragen, sodass der Feind nur noch ein blinkender Punkt auf einem Radar wäre. Wenn Sie aus einem Schlachtschiff herausschauen, sehen Sie nichts als schwarzen Raum. Kein Kamerawinkel wäre in der Lage, die Aktion einzufangen.

Die ganze Diskussion dreht sich also um eine Technologie, die wir nicht verstehen und die die Erfinder auch nie verstanden haben. Es ist ein Mittel, um im Verlauf der Geschichte Spannung zu erzeugen, mehr nicht. Physik und Logik, wie wir sie verstehen, müssen hinter der Spannung und den Anforderungen der Geschichte zurückstehen.

Laut Büchern, die von George Lucas selbst in den Star Wars-Kanon aufgenommen wurden, bevor er diesen Kanon mit dem Aufkommen seines Clone Wars-Cartoons neu definierte, würden Blaster und Lichtschwerter kurzschließen, wenn sie mit Gewässern in Kontakt kamen. Tropfen wie Regen und Spritzer hatten keine andere Wirkung als brutzelnd. (Lichtschwerter und Laser brennen heiß, nicht nur hell.) Laut den Büchern erzeugte der Kontakt mit dem Wasser eine Art Rückkopplungsschleife, die die Lichtschwerter und Blaster kurzschließen würde. (Wenn Blaster unter Wasser waren, das heißt.) Abgesehen davon bin ich sicher, dass es Blaster gab, die in irgendeiner Weise hätten modifiziert werden können, um unter Wasser zu arbeiten. Bis zum Aufkommen dieser Staffel von Clone Wars gab es jedoch keine Fälle, in denen Lichtschwerter unter Wasser funktionierten.

George Lucas änderte viele Dinge für diesen Cartoon, die bereits als Kanon galten, durch Bücher, die von ihm autorisiert wurden. Meine Schlussfolgerung ist, dass er einfach nichts von dem Material gelesen hat, das er Kanon nannte, und seinen Fans nicht zugehört hat, als sie offenbarten, dass sich diese Dinge widersprachen.

Ein solides Beispiel für Kurzschlüsse bei Lichtschwertern findet sich in der gesamten Jedi Apprentice-Serie.

Laser kann in Wassermedium gehen, wie es in Luftmedium gehen kann. Einzige Bedingung ist, dass das jeweilige Medium das Laserlicht nicht absorbieren darf. Wenn ein Medium kein Laserlicht absorbiert, steigt seine Temperatur nicht an oder es kocht nicht.