Schlieren

Ten film przedstawia jednoprzebiegowy, szybki system Schlieren rejestrujący przejściową sekwencję balistyczną pistoletu.

Kolorowy obraz Schlierena przedstawiający pióropusz termiczny z płonącej świecy, zakłócony przez bryzę z prawej strony

Schlieren ( / , ʃ l ɪər ən / SHLEER -ən ; niem. [ˈʃliːʁən] , dosł. „Smugi”) to niejednorodności optyczne w przezroczystych mediach które niekoniecznie są widoczne dla ludzkiego oka . Fizyka Schlierena rozwinęła się z potrzeby wytwarzania wysokiej jakości soczewek pozbawionych takich niejednorodności. Te niejednorodności to zlokalizowane różnice w długości drogi optycznej , które powodują odchylenia światła promienie , zwłaszcza przez załamanie . To odchylenie światła może spowodować miejscowe rozjaśnienie, przyciemnienie, a nawet zmiany koloru obrazu, w zależności od kierunku odchylenia promieni.

Historia

Schlieren zostały po raz pierwszy zaobserwowane przez Roberta Hooke'a w 1665 roku przy użyciu dużej wklęsłej soczewki i dwóch świec. Jako źródło światła służyła jedna świeca. Ciepłe powietrze unoszące się z drugiej świecy dostarczyło schliere. Konwencjonalny system Schlieren jest przypisywany głównie niemieckiemu fizykowi Augustowi Toeplerowi , chociaż Jean Bernard Léon Foucault wynalazł metodę w 1859 roku, którą udoskonalił Toepler. Oryginalny system Toeplera został zaprojektowany do wykrywania schlierena w szkle używanym do produkcji soczewek. W konwencjonalnym systemie Schlierena źródło punktowe służy do oświetlania sekcji testowej zawierającej schliere. Obraz tego światła jest tworzony za pomocą soczewki skupiającej (zwanej także soczewką Schlierena). Ten obraz znajduje się w sprzężonej odległości od soczewki zgodnie z cienkiej soczewki : ${\ Displaystyle {\ Frac {1} {f}} = {\ Frac {1} {d_ {o}}} + {\ Frac {1} {d_ {i}}}}$ gdzie jest $obiektywu$ , ${\ Displaystyle d_ {o}}$ $gdzie$ to odległość od obiektu do soczewki, odległość od obrazu obiektu do soczewki. Ostrze noża w punkcie lokalizacji obrazu źródłowego jest ustawione tak, aby częściowo blokować dostęp światła do ekranu podglądu. Oświetlenie obrazu jest równomiernie zmniejszane. Druga soczewka służy do zobrazowania odcinka testowego na ekranie podglądu. Ekran podglądu znajduje się w sprzężonej odległości od płaszczyzny schliere'a.

Słowo schlieren pochodzi od niemieckiego schliere oznaczającego „smugę”.

Wizualizacja przepływu Schlierena

Wizualizacja przepływu Schlierena na wlocie silnika Lockheed SR-71 Pratt & Whitney J58 przy prędkości 2 machów

Wizualizacja przepływu Schlierena opiera się na odchyleniu światła przez gradient współczynnika załamania światła. Gradient współczynnika jest bezpośrednio powiązany z gradientem gęstości przepływu. Odbite światło porównuje się ze światłem nieodbitym na ekranie. Niezakłócone światło jest częściowo blokowane przez ostrze noża. Światło, które jest odchylane w kierunku lub od krawędzi noża, tworzy wzór cienia w zależności od tego, czy zostało wcześniej zablokowane, czy odblokowane. Ten wzór cieni jest reprezentacją intensywności światła rozszerzeń (obszary o niskiej gęstości) i kompresji (obszary o dużej gęstości), które charakteryzują przepływ.

wyświetlacze Schlierena

Efekt Schlieren jest często stosowany w technologiach projektorów wideo . Podstawową ideą jest to, że jakieś urządzenie, takie jak ciekłokrystaliczny zawór świetlny, jest używane do wytwarzania zniekształceń Schlierena w kontrolowany sposób, które są wyświetlane na ekranie w celu uzyskania pożądanego obrazu. Systemy wyświetlania projekcyjnego, takie jak przestarzały już Eidophor i Talaria, wykorzystywały odmiany tego podejścia już w 1940 roku.

Zobacz też

^ Hooke, R. (1665), „O nowej własności w powietrzu”, Micrographia , Observation LVIII, s. 217–219, Londyn.
^ Toepler, A. (1864), Beobachtungen nach einer neuen optischen Methode , Maximillan Cohen und Sohn, Bonn.
^ Rienitz, J. (1975). „Eksperyment Schlierena 300 lat temu” . Natura . 254 (5498): 293–295. Bibcode : 1975Natur.254..293R . doi : 10.1038/254293a0 . S2CID 4288641 .
^ Settles, GS (2001), Schlieren i techniki cieniowania: Wizualizacja zjawisk w przezroczystych mediach, Berlin: Springer-Verlag. ISBN 978-3540661559
^ Brennesholtz, MS i Stupp, EH (2008), Wyświetlacze projekcyjne , John Wiley & Sons, s. 259 i nast. ISBN 978-0-470-51803-8

Linki zewnętrzne

[Hooke-1] Hooke, R. (1665), „O nowej własności w powietrzu”, Micrographia , Observation LVIII, s. 217–219, Londyn.

[Toepler-2] Toepler, A. (1864), Beobachtungen nach einer neuen optischen Methode , Maximillan Cohen und Sohn, Bonn.

[Rienitz-3] Rienitz, J. (1975). „Eksperyment Schlierena 300 lat temu” . Natura . 254 (5498): 293–295. Bibcode : 1975Natur.254..293R . doi : 10.1038/254293a0 . S2CID 4288641 .

[Settles-4] Settles, GS (2001), Schlieren i techniki cieniowania: Wizualizacja zjawisk w przezroczystych mediach, Berlin: Springer-Verlag. ISBN 978-3540661559

[5] Brennesholtz, MS i Stupp, EH (2008), Wyświetlacze projekcyjne , John Wiley & Sons, s. 259 i nast. ISBN 978-0-470-51803-8