Människor har gjort eld med hjälp av friktion i tusentals år, med bevis för dess användning i arkeologiska register över olika kulturer över hela världen.
Eld genom friktion är ett bevis på mänsklig uppfinningsrikedom, vilket bidrar till utvecklingen av tidig teknik och en senare förståelse av fysik, kemi och värmeöverföring.
Att göra eld, en av de viktigaste upptäckterna i mänsklighetens historia, har spelat en avgörande roll i människans evolution, vilket ger värme, ljus, skydd mot rovdjur, ett sätt att laga mat och förmågan att migrera till mer fientliga klimat.
Jag är en ingenjörsprofessor, en ivrig friluftsman och Minisino Firecrafter som har studerat och praktiserat eld genom friktion i många år. Det är ett utmärkt sätt att utforska viktiga vetenskapliga begrepp samtidigt som man deltar i en praktik som människor har utövat i årtusenden.
Eld genom friktion bygger på omvandling av mekanisk energi till termisk energi genom friktion. Friktion är motståndskraften mellan två ytor när de glider, eller försöker glida, förbi varandra.
Det finns många sätt att skapa eld genom friktion, men det vanligaste och enklaste att lära sig använder en bågborrset.
Ett bågborrset består av en tunn spindel, en härdbräda, en lätt böjd båge, till vilken en bågsnöre fästs, och en "thunderhead" eller lagerblock, som är en sten eller ett block av hårt trä med en naturlig eller snidad divot används för att trycka ner toppen av spindeln.
Först lindar brandmakaren bågsnöret hårt runt spindeln och använder den för att snabbt snurra spindeln mot härdbrädan, samtidigt som den trycker ner med åskhuvudet.
I likhet med hur dina händer blir varmare när du kraftigt gnuggar ihop dem, orsakar friktion en snabb temperaturökning där spindeln möter härdbrädan. Detta driver bort all kvarvarande fukt. Träet värms också upp mestadels i frånvaro av syre, vilket resulterar i förkolning, en kemisk process från ofullständig förbränning. Det som blir över är mest kol.
När spindeln fortsätter att snurra maler den bort det förkolnade träet för att bilda en liten hög med koldamm. När dammhögen växer kommer den så småningom att smälta samman och antändas och bilda en glöd.
Glödens antändningspunkt beror på en mängd olika faktorer, inklusive träslag, temperatur och luftfuktighet. Experiment ger ofta antändningstemperaturer i intervallet 650-800 grader Farenheit (340-430 grader Celsius), med de mest tillförlitliga uppskattningarna i storleksordningen 700 grader F (370 grader C). Att komma till denna temperatur är viktigt för att skapa en glöd och starta elden.
Efter att en glöd har bildats, överför eldstaden den sedan till en glödbunt gjord av torra löv eller gräs, död trädbark eller andra fibrösa organiska material. Eldmakaren blåser in i tinderbunten för att ytterligare höja temperaturen genom att öka syreflödet.
Så småningom brinner tindern i lågor, varefter eldaren kan tända den till en större eld. Unga bränder är vanligtvis ömtåliga – om eldaren inte förser dem med tillräckligt med bränsle, luftflöde och skydd mot vind och regn kan de slockna.
Att förstå eldens fysik genom friktion och de olika inblandade variablerna kan göra stor skillnad och hjälpa elden att starta snabbare med mindre ansträngning.
Först, håll den liten. Brandmän bör göra bågborruppsättningar uthuggna från stående döda, torra trädgrenar som kanske är en tum eller så (2,5 centimeter) i diameter. Optimala spindlar har diametrar mellan tre åttondelar av en tum och en halv tum (1-1,25 cm).
Hur snabbt friktionskraften alstrar värme är direkt proportionell mot hur snabbt eldstaden böjer sig, i genomsnitt, och är oberoende av spindelns diameter. Så ju snabbare du flyttar bågen, desto mer värme kommer du att skapa, oavsett spindelns storlek.
Men eftersom de har mindre tvärsnittsareor ökar tunna spindlar värmetätheten vid gränssnittet mellan spindel och härdkort, där glöden bildas och antänds. Genom att koncentrera värmen till ett mindre område vid detta gränssnitt minskar tunna spindlar tiden och ansträngningen som krävs för att bilda och antända en glöd.
Torra, opigmenterade träslag med medeldensitet - alm, poppel och bomullsträ är några exempel - kommer att fungera bra för spindeln och eldstaden. Jag har testat många träsorter och upptäckt att trähårdheten, med några få undantag, inte spelar någon roll.
Jag har också funnit att mogna vildblommans stjälkar – skördade färska och tillåts torka ut – fungerar bra som spindlar. Höga, vedartade vildblommor som gullviva, järngräs, tessel, mullein och liknande kan producera glöd på några sekunder. Om tiden tillåter kan du till och med göra en pilbåge med naturliga fibrer utvunna från lin-, hund- eller nässelväxter som vanligtvis finns i skogen.
De viktigaste variablerna som brandmakaren kan styra under bågprocessen är den hastighet med vilken de flyttar bågen och hur mycket tryck de utövar på spindeln via åskhuvudet. Börja med att placera spindelspetsen i en skårad divot inristad i härdbrädan. Flytta sedan bågen långsamt tills du får balans.
Tryck först ner med åskhuvudet precis tillräckligt hårt för att pyrolysen ska börja. Pyrolys sker när värme gör att organiskt material sönderfaller utan syre. Du vet när pyrolysen startar eftersom du kommer att se rök stiga upp från gränssnittet mellan spindel och härd.
Börja sedan öka din båghastighet tills du böjer dig så snabbt du kan hålla i någon minut. Håll inte andan och använd bågedrag så länge du klarar dig utan att kompromissa med båghastigheten. Tiden det tar att bilda en glöd minskar ju snabbare du böjer dig, även om längden på ditt slag spelar ingen roll.
När hastigheten ökar, börja öka trycket du lägger på spindeln, stoppa när den ökade friktionen börjar påverka din förmåga att upprätthålla en snabb båghastighet. Med bra material kommer du sannolikt att ha en fin glöd på långt under en minut.
Medan modern teknik till stor del har ersatt primitiva metoder, fortsätter eld genom friktion att vara en källa till fascination och ett bevis på mänsklig uppfinningsrikedom. Att förstå denna process berikar inte bara mänsklighetens koppling till det forntida förflutna, utan det understryker också hur fysiken spelar in under det dagliga livet.
Tillhandahålls av The Conversation
Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln. 
