"Vizibilitatea depinde de asta. modul în care corpul vizibil reacționează la lumină. Permiteți-mi să încep cu elementele de bază. atunci veți înțelege mai bine mai departe. Știi foarte bine. ca corpurile fie sa absoarba lumina. fie reflecta. sau refractați-l. sau. poate fi. toți împreună. Dacă corpul nu reflectă. nu refractă și nu absoarbe lumina. nu poate fi văzut de la sine. Deci de exemplu. vedeți o cutie roșie opacă doar pentru că. că absoarbe o parte din lumină și reflectă restul. adică toate razele roșii. Dacă cutia nu a absorbit o anumită cantitate de lumină. dar ar reflecta totul. el ar fi strălucit. alb. Amintiți-vă de argint! "- a scris Herbert Wells în 1897 în romanul său" Omul invizibil ".
Gloanțele lasă urme. O serie de fotografii realizate de grupul Settles, în toate detaliile, prezintă procesele care însoțesc o lovitură de la o armă de foc. Gaze de praf de gaze văzute din cilindru, unde de sunet și de șoc
Modalitățile de a considera obiectele "aproape transparente" există pentru mai mult de o sută de ani
Dar pentru metoda umbrei și a metodei Töpler, de obicei, erau necesare fascicule de lumină paralele. Utilizarea ecranelor retroreflective a permis să se eludeze această limitare. Metoda Schlieren vă permite să vizualizați, de exemplu, curenții de convecție. Dar, în special, imagini spectaculoase ale undelor de șoc
Fotografia lui Schlieren este, desigur, nu numai estetică, ci și extrem de utilă în multe domenii ale științei și tehnologiei. Cu ajutorul său, experții încep să înțeleagă mai bine ce procese apar în gaze sau în alte medii transparente
Spațiu de navetă: aerodinamică supersonică. Purjarea modelului de navetă spațială în tub arată dezvoltatorii zonei de generare a undelor de șoc
Balon: rezistența materialelor. Nu știm de ce avem nevoie de o fotografie a unui balon care explodează. Dar, vedeți, este frumos!
Mașină de sablat: curățare abrazivă. Imaginea prezintă comportamentul unui jet de aerosoli pentru curățarea industrială a suprafețelor
“... Cutia de sticlă obișnuită, foarte subțire, ar fi foarte dificil să se facă distincția în lumină scăzută, deoarece nu absoarbe aproape nici o lumină și refractă și reflectă foarte puțină lumină. Dacă pui o bucată de sticlă obișnuită în apă sau, mai bine, într-un lichid mai dens decât apa, sticla pe care aproape niciodată nu vezi că lumina care trece de la apă la sticlă, refractate și reflectate foarte slab. Sticla, în acest caz, este la fel de invizibilă ca un jet de dioxid de carbon sau hidrogen în aer. Și din același motiv.
Lumină și Umbre
Între timp, Wells a greșit - când și-a scris romanul, au existat deja metode destul de sofisticate pentru a vizualiza densitatea neomogenităților în gaze. Cea mai simplă dintre aceste metode este iluminarea obiectului studiat de un fascicul de lumină paralel. Este suficientă doar o mică diferență în indicele de refracție - amintiți-vă cum sunt distorsionate lucrurile atunci când priviți la o distanță de deasupra autostrăzii roșu-calde din vară sau ce fel de umbra este aruncată de o lumanare arzătoare sau de un arzător cu gaz. Această așa-numită "metodă de umbră" face posibilă vizualizarea regiunilor în care se modifică derivatul de densitate secundară (exemple tipice ale unor astfel de regiuni sunt limitele jeturilor de gaz și ale undelor de șoc).
Cuțit ușoară
În 1857, fizicianul francez Leon Foucault a sugerat controlul corectitudinii de a face oglinzi pentru telescoape într-un mod foarte simplu. În centrul oglinzii verificate, a pus un detaliu suplimentar - un ecran opac cu o margine ascuțită, denumit mai târziu un cuțit Foucault. Imaginea sursei (la fața locului sau a fantei) este focalizată la marginea cuțitului. Dacă suprafața oglinzii este strict sferică, cuțitul se suprapune peste întregul fascicul de lumină, iar dacă există defecte la suprafață, o parte din lumină se va deflecta și va trece peste marginea cuțitului.
Metoda Schlieren permite obținerea unei imagini mai contrast: o parte a fasciculului de lumină care nu are distorsiuni este întreruptă de cuțitul Foucault, minimizând "lumina parazită". Metoda Töpler face posibilă notarea celui de-al doilea derivat, dar primul, adică gradientele (modificări netede și utilizarea fotometriei și a standardului de iluminare, se calculează valorile absolute ale densității.
Dimensiunea contează
Metoda Schlieren sau variațiile sale sunt utilizate pe scară largă pentru a vizualiza neomogenitățile de peste o sută de ani. El a ajutat la rezolvarea multor fenomene dinamice gaz-interesante. În secolul al XX-lea, această metodă a devenit un atribut indispensabil al aproape oricărei cercetări aerodinamice, iar oamenii de știință tocmai tolerau cu neajunsurile lor, dintre care principala a fost limitarea la scară. Volumul studiat nu putea depăși spațiul în care a fost organizat un fascicul de lumină paralelă. Fasciculul era concentrat de lentile sau oglinzi, iar mărimea acestor elemente optice era strict limitată de considerente financiare. Cu cat diametrul lentilei sau oglinzii este mai mare, cu atat pretul este mai mare si chiar scara masinii presupune costuri mari. Prin urmare, toate studiile de schlieren în tuneluri eoliene au fost efectuate cu modele mici de aeronave și rachete.
Scară largă
La sfârșitul anilor 1950, unul dintre pionierii fotografiei de mare viteză, Harold Edgerton, a sugerat utilizarea unui ecran retroreflexiv ca element care a focalizat fasciculul luminii într-un sondaj de umbră. La nivel microscopic, un astfel de ecran constă din elemente mici (catafite) care reflectă lumina exact în aceeași direcție de unde proveneau. Filmele reflectorizante sunt utilizate pe scară largă în viața de zi cu zi și în industrie - este suficient să amintim semnele rutiere, plăcuțele de înmatriculare pentru automobile și chiar și inserțiile în haine și pantofi. Utilizând metoda obișnuită a umbrelor, Edgerton a primit mai întâi o explozie de capsulă dinamită folosind un ecran de 1x2 m.
Dar a fost nevoie de mai mult de 30 de ani înainte de ecranul retroreflectant apărut pentru prima dată în fotografie Schlieren. Potrivit lui Leonard M. Weinstein, fizician al Centrului de Cercetare NASA al NASA. Langley, ideea a rămas literalmente în aer, dar nimeni nu a decis să o pună în aplicare în practică. Weinstein a introdus în diagrama Schlieren convențională o altă schimbare - a plătit pe o tesatura retroreflectant dungi negre verticale, transformând-o (sub fascicul divergent de iluminare) într-un set de arcuri virtuale crestate. In schimb Foucault cuțit în circuitul propriu locația cercetător aranjate raster negativ - grilă alternativ de benzi transparente și opace, slam nedistorsionată „lumină suplimentară“.
Ca urmare, imagini la scară naturală au fost obținute fenomene invizibile anterior - undele de șoc de la explozia fluxurilor de convecție a echipamentelor industriale și a oamenilor. „Specialiști cu experiență în aerodinamica sunt conștienți de faptul că acest lucru imagistica permite cercetatorilor sa inteleaga mai bine procesele fizice care au loc în fluxul de gaz“, - spune Weinstein. Cuvintele sale au fost confirmate de Gary Settles, profesor de inginerie la Universitatea din Pennsylvania, fondator si director al Laboratorului de gaze Dynamics: „Vizibilitatea este foarte util pentru a explica caile complexe si efectele daunatoare ale undelor de șoc, cum ar fi accidente de avion - trecut și viitor.“
Explozii și fotografii
Instalarea la Universitatea din Pennsylvania, de asemenea, pus in lumina unei fotografii arme de foc, permițând imagine pentru a vedea detaliile: unda de șoc a gloanțele, nu numai în imediata vecinătate a botului, dar la o distanță mult mai mare și chiar de zbor din gazele de pulbere baril. Fotografiile arată modul în care unda de șoc și norul de gaze de pulbere interacționa cu obiecte adiacente, inclusiv o lovitură de sine. Aceste informații, spune Settles ajuta intr-o zi criminologi pentru a stabili o conexiune mai sigură între tipul de armă, distanța de la care se face împușcat, și, să zicem, resturile de funingine praf de pușcă pe victimă și suspect.
De la explozii până la strănut
Planurile grupului Settles sunt chiar mai mari. Oamenii de știință așteaptă cu nerăbdare momentul în care li se va da posibilitatea de a dezmembra un Boeing 747. Din când în ingineri de timp angajate în apărarea aeronavelor împotriva terorismului, au la dispoziție un avion dezafectate și sufla în scopuri experimentale - pentru a da un hands-on de evaluare a diferitelor dispozitive pentru protecția împotriva bombelor de pe avioanele comerciale.
Aeronavele de această dimensiune nu se încadrează în instalația universitară de cercetare, astfel încât pentru viitorul studiu, oamenii de știință au dezvoltat o versiune portabilă. Cel mai mare element al instalației, ecranul reflectorizant, atunci când este transportat pur și simplu laminat într-o rolă. Design-ul a fost testat - în ultimul an, echipa de cercetare universitară a vizitat laboratorul Armatei SUA Aberdeen, Maryland, în cazul în care explozii au fost filmate în compartimentul de bagaje al aeronavei. Utilizarea armatei pentru protecția echipamentelor lor și ei înșiși, experimentatorii au făcut o serie de fotografii, care arată impactul exploziei de la containerele pentru bagaje.
Cu 120 de ani în urmă, întreaga lume a zburat în primul rând, nu foarte selective, fotografiile de lumânări arzătoare și gloanțe zburatoare. Totul inapoi la un pătrat - acum, datorită eforturilor Settles reviste științifice și non-științifice populare din nou plin de luminoase frumoase fotografii ale fantasmagonii aer, care apar în jurul explodează bombe, avioane care zboară, și chiar și doar strănută.
Trimiteți-le prietenilor: