¿Qué potencia tendría que tener un láser para hacer un agujero en la nieve?

Comencemos con algunas suposiciones. Probablemente tenga en mente el haz de un puntero láser, por lo que el tamaño del orificio que desea quemar es aproximadamente$4\,\text{mm}$en diámetro. Supongamos que es más o menos$-5^\circ\text{C}$($23^\circ\text{F}$) afuera. Una suposición final, y esta es solo una estimación, supongamos que, debido a la conductividad térmica, necesita suministrar un factor de 10 más de energía de la que realmente se requiere para derretir el hielo en el transcurso de 1 segundo.

Una esfera de hielo con un$2\,\text{mm}$el radio contiene$3.4\,\text{g}$de agua congelada asumiendo que es nieve densamente compactada con$20\%$la densidad del agua líquida. Se necesita$35\,\text{J}$de energía para elevar la temperatura a$0^\circ\text{C}$y$1120\,\text{J}$para convertirla en agua líquida. Asumiendo nuestro factor de 10 más potencia aplicada durante 1 segundo para la conductividad térmica y esto se convierte en$11.5\,\text{kW}$de potencia láser. Como comparación, la salida típica de los punteros láser$1\,\text{mW}$así que necesitarías un láser con$10,000,000$veces más poder. Ciertamente existen láseres tan poderosos, pero no encontrará uno en Office Depot.

El problema con ese cálculo es el gran tamaño del haz. Si está dispuesto a aceptar un agujero mucho más pequeño, entonces la cantidad de energía se reduce considerablemente. por un agujero de$0.2\,\text{mm}$diámetro que podría salirse con la suya con un láser con sólo$28\,\text{W}$de poder.

Estos cálculos son bastante aproximados ya que el efecto de la conductividad térmica no se trató con cuidado.