Laser?

TobiasEkwall

TobiasEkwall

Hero
Joined
26 Aug 2007
Messages
1,100
Jag sitter ju på en del högskolepoäng. Men alla i olika pedagogiska eller humanistiska fält, så här behöver jag hjälp.

Tänker riktiga sci-fi-laservapen, som bränner hål i saker. Vad händer om man:

Avfyrar dem under vatten?

Avfyrar dem från land ner i vatten?

Skjuter genom en glasruta?

Skjuter genom en glasruta med vatten bakom, typ en undervattens station?

Svaren behöver ju inte vara 100% vetenskapliga men troliga nog för att mina spelare ska köpa det när de är och simmar runt I postapokalypsen.
 
Laser är ljus en det innebär att brytning i olika material gäller som vanligt ljus. Dvs avfyrar man laser så bryts det i vatten precis som solljus. Det viktiga är just övergången mellan material, dvs luft till vatten eller vatten till luft. Avfyras laser under vattnet till vattnet så beter den sig som i luft. Finns nog en del på Youtube om hur laser beter sig i olika medium
 
Övergången mellan medium bryter strålen baserat på vinkeln. Är lasern lodrät dvs riktad rakt ner så sker ingen brytning, men är vinkeln annat än 90 grader kommer vinkeln ändra när laser passerar genom det nya materialet

sv.wikipedia.org

Brytningsindex – Wikipedia

sv.wikipedia.org sv.wikipedia.org
 
Arrikir said:
Övergången mellan medium bryter strålen baserat på vinkeln. Är lasern lodrät dvs riktad rakt ner så sker ingen brytning, men är vinkeln annat än 90 grader kommer vinkeln ändra när laser passerar genom det nya materialet

sv.wikipedia.org

Brytningsindex – Wikipedia

sv.wikipedia.org sv.wikipedia.org
Click to expand...
Javisst, det förstår jag. Men jag undrar om brytningen i en sådan optiskt imperfekt yta också gör lasern mindre koherent, så att den förvandlas till vanligt trassligt ljus.
 
Det jag tror man ska tänka på här är inperfektioner i det medium som ljuset färdas genom. Far lasern genom ett medium som inte är 100% transparent kommer endel av energin att fastna på vägen (tex kommer grumligt vatten hettas upp snabbare än klart vatten) sen är det värt att tänka på att om ett matrial ger 50% förlust i ljusstyrka per 10m så är det 50% av energin som hettat upp mediet. Ännu mer kaos blir det om saker börjar bubbla och koka, då kan man nog tänka sig att strålen bryts upp.
 
En inspiration kring realistiska laservapen kan vara en scene ur Consider Phlebas av Ian m Banks där luftförsvaret mot laservapen är att kasta ut ett moln av glittrig konfetti, tanken är att laserstrålen kastas runt all värdens väg och späds ut istället för att träffa vad som siktades på.
 
lijat said:
Det jag tror man ska tänka på här är inperfektioner i det medium som ljuset färdas genom. Far lasern genom ett medium som inte är 100% transparent kommer endel av energin att fastna på vägen (tex kommer grumligt vatten hettas upp snabbare än klart vatten) sen är det värt att tänka på att om ett matrial ger 50% förlust i ljusstyrka per 10m så är det 50% av energin som hettat upp mediet. Ännu mer kaos blir det om saker börjar bubbla och koka, då kan man nog tänka sig att strålen bryts upp.
Click to expand...
Så man kan tänka att lasern "sprids ut" och får kortare effektiv räckvidd snabbt.
Och kokar/värmer vatten på vägen?

Är det samma genom glas?
 
Om det är en kraftig laser så kommer den att föra över energin till vattnet/glaset. Att avfyra lasern under vattnet blir en kokande pelare istället för en laserstråle. Glas spricker när det blir hastigt upphettat. Samma gäller med speglar, hur rena de än är så tenderar de att fånga upp ett par procent av energin ändå och det innebär problem om det är en väldigt kraftig laser. Damm och liknande kan bli en plasmastråle.

Jag har för mig att xkcd (what if) visade att om man avfyrar en för kraftig laser inom atmosfären så skapar det en kraftig bomb istället för ett avstånsvapen, så man bör hålla reda på var laserpistolen är tänkt att användas innan man avfyrar.
 
Borde inte det mesta "realistiska" vara att vapnet fokuserar ljuset på en punkt på ett visst avstånd? Det skulle medföra att vapnet inte gör skada (eller gör minskad skada) på kortare eller längre avstånd. Fokuseringen skulle skötas av vapnet, inget skytten behöver bekymra sig om. Men det skulle medföra att vapnet inte nödvändigtvis kokar vatten eller spräcker glas på vägen (även om energin kanske är nog för att göra det ändå).

Är man i en framtid där soldater när omkring laservapen så kan man nog även tänka sig att vapnen är intelligenta nog att kompensera för brytning av glas och vatten på vägen. De måste även ta hänsyn till luftskikt.

Vapnet riskerar att funka dåligt i regn, dimma, rök, etc.
 
Faehrengaust said:
Borde inte det mesta "realistiska" vara att vapnet fokuserar ljuset på en punkt på ett visst avstånd? Det skulle medföra att vapnet inte gör skada (eller gör minskad skada) på kortare eller längre avstånd. Fokuseringen skulle skötas av vapnet, inget skytten behöver bekymra sig om. Men det skulle medföra att vapnet inte nödvändigtvis kokar vatten eller spräcker glas på vägen (även om energin kanske är nog för att göra det ändå).

Är man i en framtid där soldater när omkring laservapen så kan man nog även tänka sig att vapnen är intelligenta nog att kompensera för brytning av glas och vatten på vägen. De måste även ta hänsyn till luftskikt.

Vapnet riskerar att funka dåligt i regn, dimma, rök, etc.
Click to expand...
Om jag inte tänker fel nu är väll poängen med en laser att du fåt en stråle med konstant bredd (i det ideala fallet, i verkligheten sprids det ut lite) så jag tror inte det finns något focus avstånd att jobba med.

Med det sagt, har man någon annan sorts ljusvapen är väll det en funktion som kan finnas. Om vapnet har en större öppning än träffytan blir ju träffytan relativt sett varmare.
 
Faehrengaust said:
Borde inte det mesta "realistiska" vara att vapnet fokuserar ljuset på en punkt på ett visst avstånd? Det skulle medföra att vapnet inte gör skada (eller gör minskad skada) på kortare eller längre avstånd. Fokuseringen skulle skötas av vapnet, inget skytten behöver bekymra sig om. Men det skulle medföra att vapnet inte nödvändigtvis kokar vatten eller spräcker glas på vägen (även om energin kanske är nog för att göra det ändå).

Är man i en framtid där soldater när omkring laservapen så kan man nog även tänka sig att vapnen är intelligenta nog att kompensera för brytning av glas och vatten på vägen. De måste även ta hänsyn till luftskikt.

Vapnet riskerar att funka dåligt i regn, dimma, rök, etc.
Click to expand...
Det är kollimerat ljus i en laser, så man kan väl säga att fokus punkten är vid mynningen (sedan divergerar det med avståndet), men man kanske ändå kan bryta det med en lins. Frågan är om man verkligen uppnår effekten "ofarlig" utanför fokus. Lasern är farlig för att man koncenterar så jäkla mycket ljus (energi) inom en volym. Eftersom fotoner är bosoner (tar inte upp något utrymme) så finns det ingen teoretisk gräns för hur mycket energi man kan koncentera som ljus.

Men intelligenta vapen är ju väldigt intressant, man kan ju tänka sig att en lösning är att ha flera koordinerade lasrar som skjuter på målet samtidigt. Bästa effekten tänker jag mig är flera utplacerade lönnmördare som samtidigt riktar sina vapen mot målet, sedan tar programvara/AI över och justerar de sista centimetrarna och koordinerar så att de avfyrar med maximal skadeverkan mot målet givet avstånd, hinder etc. Väldigt svårt för livvakter att avvärja tänker jag.

Laser måste verkligen vara det optimala lönnmördarvapnet (i en framtid där laservapen inte är en lastbil vill säga). Det låter "ingenting" förrän det är försent. Då tänker jag att explosionen när den träffade delen av målet omvandlas till plasma eller åtminstone brinner upp är "för sent".

Att det inte låter lär väl vara en sanning med modifikation. Mekanismen och kylningen kommer väl att låta någonting, men ljudet färdas med ljudets hastighet och lasern med ljusets så när ljudet når fram är det redan för sent. Det gäller också allt annat: damm som fräsande exploderar, kameror som registrerar träffade partiklar och ska processa, radiofrekvenser, ljusfiberkablar. Problemet med att skydda sig mot laser är att projektilen (ljusvolymen) rör sig med nästan maxhastighet. Det enda som saktar ner är mediet det rör sig i. Laser får höghastighetsvapen att se ut som en snigelsvärm i jämförelse!

Jag föreställer mig att man får rätt känsla om man tänker sig att det är en fjärrkontroll. Rikta fjärrkontrollen mot vad du vill och när du trycker på knappen så exploderar omedelbart det du riktar den mot eller börjar brinna. Det gäller oavsett om målet är en meter, en kilometer eller en mil bort (eller en missil som flyger långt upp i luften).

Problemen som behöver lösas är att överföra en stor mängd energi väldigt fort utan att vapnet sprängs (energimängden i sig är egentligen inte så hög) och framför allt att lyckas kyla ner allting. Så jag tänker mig att man har någon slags batterier i vapnet och de kommer att räcka för många avfyrningar. Men sedan behöver man någon slags supereffektiva kondensatorer som laddas upp över tid, men väldigt snabbt kan omsätta energi till ljus via pumpdioder. Ljuset förstärks via förstärkningsmediet som liksom det mesta andra blir superhett och därefter så skjuts laserpulsen iväg mot målet. Ett sätt att underlätta kylningsproblemet är att istället konstruera flera stycken som sedan kombinerar ihop laserstrålarna innan det skjuts iväg.

Man ska nog ändå tänka sig att värme kommer att vara ett stort problem. Ju mer yta desto bättre. Lasergevärets inre kommer att ha en massa vätskekylning, men sedan kommer man att vara beroende av yta för att bli av med värmen i slutändan. Man kanske har ett kylaggregat som ryggsäck som man bär på ryggen eller kanske kan man koppla in geväret i sitt exoskelett/rustning för att få ännu större yta för avkylning. Ju bättre kylning, ju oftare kan man avlossa vapnet.
 
Jag är inte fysiker.

Om du skall jaga fisk med harpun från ytan så måste du sikta under fisken som du ser, eftersom harpunen inte bryts som bilden av fisken gör.

Men rimligen borde det gå att sikta rakt på bilden av fisken, och räkna med att laserstrålen bryts på samma sätt.

Annars är väl stora problemet som redan sagts I tråden att lasern tappar energi ju grumligare vattnet är.

I sci-fi så dyker det upp försvarasystem som kallas "sandcaster" dvs något som kastar ut ett dammoln i rymden runt skeppet för att störa inkommande laser. Ett grumligt vatten är ju samma sak fast gratis.
 
Vad jag förstått av dagens lasersystem (ex. Helios) så har strålen en viss diameter när det lämnar vapensystemet. Men det är inte "jämntjockt" utan formas så att den kommer att nå minimal diameter på ett visst avstånd (där målet är). Dvs den fokuseras.

Strålen är alltså timglasformad, men väldigt utdragen och energin blir högst där timglaset är som tunnast.

Det är omöjligt att få alla fotoner att gå parallellt. Det kommer alltid att finnas en avvikelse och då är det bättre att skapa en avvikelse man har kontroll över.

Fysiken bakom:

Beam focusing​

In some applications it is desirable to use a converging lens to focus a laser beam to a very small spot. Mathematically, this implies minimization of the magnification M
{\displaystyle M}
. If the beam size is constrained by the size of available optics, this is typically best achieved by sending the largest possible collimated beam through a small focal length lens, i.e. by maximizing zR
{\displaystyle z_{R}}
and minimizing f
{\displaystyle f}
. In this situation, it is justifiable to make the approximation zR2/(z0−f)2≫1
{\displaystyle z_{R}^{2}/(z_{0}-f)^{2}\gg 1}
, implying that M≈f/zR
{\displaystyle M\approx f/z_{R}}
and yielding the result w0′≈fw0/zR
{\displaystyle w_{0}'\approx fw_{0}/z_{R}}
. This result is often presented in the form

2w0′≈4πλF#z0′≈f
{\displaystyle {\begin{aligned}2w_{0}'&\approx {\frac {4}{\pi }}\lambda F_{\#}\\[1.2ex]z_{0}'&\approx f\end{aligned}}}

where

F#=f2w0,
{\displaystyle F_{\#}={\frac {f}{2w_{0}}},}

which is found after assuming that the medium has index of refraction n≈1
{\displaystyle n\approx 1}
and substituting zR=πw02/λ
{\displaystyle z_{R}=\pi w_{0}^{2}/\lambda }
. The factors of 2 are introduced because of a common preference to represent beam size by the beam waist diameters 2w0′
{\displaystyle 2w_{0}'}
and 2w0
{\displaystyle 2w_{0}}
, rather than the waist radii w0′
{\displaystyle w_{0}'}
and w0
{\displaystyle w_{0}}
.
Click to expand...
 
TobiasEkwall said:
Haha ja det hade ju varit värt.
Jag brukar ju försöka mest Vinga sånajär grejer. Men här har jag ingen aning
Click to expand...
Jodå. Sinkan nr 14 https://piruett.se/2009/04/13/sinkadus-mandag-del-14/

@Dilandau:
Signaturen ”En påpekande 5-tonåring” rasar mot masern. Masern var ett vapen i Mutant som 5-tonåringen tyckte var overklig, eller något sådant. Detta i ett spel där intelligenta ekorrar sprutar eld ur munnen. Det roliga är att personen inleder sitt brev med ”Visst är Mutant ett fantasibaserat spel, men att ta med laser och maser i vapenform är ganska överdrivet”. Öh, hallå, det finns för fasen flygande öar i Mutant.
 
Det här råkar jag veta något om, då jag har en CNC-laserskärare.

Allt hänger på våglängder. Jag har en CO2-laser, med den kan jag skära trä, plast (men vissa plaster dör man om man skär, eller åtminstone blir dålig, tex vinyl), gummi, läder, fingrar (jag har inte gjort det, men jag har sett bilder där folk skjutit ett hål rakt genom tummen när de varit oförsiktiga och ställt in speglarna) osv, och kan gravera glas, sten och kakel. Alla dessa material absorberar energin, och reflekterar inte och släpper inte genom strålen. Så, ett par vanliga skyddsglasögon för 29 spänn på Jula skyddar bra.

Den gör dock ingenting med metall, då det bara reflekteras av den. Linserna är något specialmaterial, eftersom de ska absorbera så lite som möjligt.

Min laser kostade typ 25 kkr, med frakt, tull och allt.

En fiberlaser, däremot, funkar bra på metall, men är rätt kass på de andra materialen.

En typisk fiberlaser börjar kring 250 kkr...

Med andra ord, det är inte bara en fråga om styrka.

Ett annat problem är att strålen har en viss bredd, ju starkare lasertub, desto bredare stråle. Det är inte bra, eftersom det innebär mindre energi på det man siktar på, och bredare snitt/gravyr. Så, sist i strålens väg, alldeles ovanför arbetsstycket, sitter en lins som fokuserar strålen till en minimal punkt, typ som ett brännglas. på min laser så får jag typiskt ungefär 0.1 mm bredd på snitten om jag tex skär masonit. Skär jag 12 mm plywood blir det bredare.

Strålen kan störas av tex rök eller dimma. För mig innebär det att jag graverar nedifrån och upp, eftersom rökutsuget sitter upptill, och jag vill att röken ska styras bort från lasern.

En annan sak är att effekten på lasertuben hänger ihop med storleken på den. Så, här har storleken betydelse. Min 130 W tub är typ lite mer än en meter lång. När man kommer upp i starkare varianter så har man flera parallella tuber med något slags linssystem för att göra en stråle av dem.

Kylning är ett problem. Jag kyler min med en 40 liters plastback med vatten, och häller jag i kallaste kranvattnet så måste jag byta (vid typ 20 C) efter en halvtimme.

Ett annat problem är att de arbetar med kilovolt-spänningar, men milliampere-strömmar från nätagg utan strömbegränsning. Så, man måste ta elsäkerhet på allvar när man öppnar den.

Det är vad jag kommer på nu. Fråga gärna.
 
You must log in or register to reply here.
Back
Top