A palavra “schlieren” é alemã e se traduz aproximadamente em “riscos”. O que é fotografia entregue e por que você pode usá -la em um projeto? E de onde veio esse termo engraçado?
Pense no brilho do calor que você pode ver em um dia quente. Da lei very best de gás, sabemos que o ar quente é menos denso que o ar frio. Devido a essa diferença de densidade, possui um índice de refração ligeiramente menor. Um raio leve que passa por um gradiente de densidade enfrenta um gradiente de índice de refração, assim como o brilho, daí o brilho.
Os fabricantes de lentes alemães começaram a falar sobre “Schelieren” em algum momento dos 19th século, se não antes. Coloque -se no lugar de uma fabricante de lentes anteriores: você passou inúmeras horas trabalhando laboriosamente em um vidro em branco até alcançar a curvatura perfeita. Lavando -o limpo de coragem, você o segura à luz e vê aberração – talvez espacial, talvez cromática. Schliere é a palavra menos colorida que você pode dizer, mas um Schliere está em falta. Qualquer maravilha dos fabricantes de lentes começou a desenvolver técnicas para detectar as falhas invisíveis que eles chamavam Schlieren?
Quando falamos de imagens de Schlieren hoje, geralmente não estamos falando em inspecionar espaços em branco de vidro. Na maioria das vezes, estamos falando de uma família de técnicas de visualização de fluidos. Devemos que a nomenclatura ao físico alemão August Toepler, que aplicou essas técnicas ópticas para visualizar o fluxo de fluidos no meio dos 19th século. Atualmente, existe uma família inteira de técnicas de imagem de Schlieren, mas, no centro, todas elas dependem de um fato simples: em um fluido como o ar, o índice de refração varia densidade.
A configuração pioneira de Toepler é a que geralmente vemos nos hacks hoje em dia. É baseado no Teste de borda da faca de foucault Para espelhos telescópicos. No teste de Foucault, uma fonte pontual brilha em um espelho côncavo, e uma lâmina de barbear é colocada onde os raios se concentram até certo ponto. O sensor, ou o olho de Foucault, está atrás da borda da faca, de modo que a luz que retorna do orifício é interrompida. Isso tem o efeito de aumentar as falhas na lente, porque os raios que se desviam do caminho de retorno perfeito serão bloqueados pela ponta da faca e perderão os olhos.
A configuração fotográfica de Toepler funcionou da mesma maneira, exceto para a substituição do olho por uma câmera fotográfica e o uso de um espelho de bom bem. Qualquer alteração de densidade no ar refratará os raios que retornará e causará os padrões de luz e escuro característicos de uma fotografia de Schlieren. Esse é o Schlieren “clássico” que abordamos antes, mas não é o único jogo na cidade.
Truques divertidos de Schlieren
Por exemplo, um pequeno ajuste que faz uma grande diferença estética é substituir a borda da faca por um filtro de cores. Os raios refratados assumem a cor do filtro. De fato, com alguns filtros de cores, você pode ser variações de densidade de código de cores: a luz que passa por áreas de alta densidade pode ser desviada através de dois filtros coloridos diferentes de ambos os lados, e os raios do Unbent podem passar por um terço. Não é apenas muito bonito, o olho humano tem mais facilidade em capturar variações de cor que o valor. Como alternativa, a luz da fonte pontual pode ser passada através de um prisma. A propagação linear das frequências do prisma tem um efeito semelhante a uma linha de filtros de cores: a distorção é codificada por cores.
Um ajuste maior usa dois espelhos convexos, em Schlieren de dois Mirror ou Z-Path. Isso tem duas vantagens principais: uma, os raios paralelos entre os espelhos significam que a área de teste pode estar atrás do vidro, útil para manter a óptica sensível fora de um túnel de vento de alta velocidade. (Esta é a técnica NASA usada para usar.) Os raios paralelos também garantem que a sombra de todos os objetos e o fluxo fluido não sejam problemas; Ter a fonte de luz fora do centro no clássico Schrilien pode causar artefatos das sombras. É claro que você paga por essas vantagens: literalmente, no sentido de que você precisa comprar dois espelhos e figurativamente nesse alinhamento é duas vezes mais complicado. Os mesmos truques de cor também funcionam, e costumava usar na NASA.
Não há absolutamente nenhuma razão para que você não possa substituir as lentes por espelhos, na versão Z ou clássica, e as pessoas têm um bom efeito em ambos os casos. De fato, o primeiro experimento de Robert Hooke envolveu a visualização do fluxo de ar acima de uma vela usando uma lente convergente, que period opticamente equivalente à configuração clássica de espelho único de Toepler. De um modo geral, os espelhos são preferidos pela mesma razão que você nunca vê um telescópio refratante de 8 ”em uma festa das estrelas: os espelhos grandes são muito mais fáceis de fazer do que as grandes lentes.
E se você quiser visualizar algo que não se encaixe na frente de um espelho? Na verdade, existem várias opções. Um é o Schrilien orientado para o fundo, que cobrimos aqui. Com um plano de fundo conhecido, os desvios dele podem ser extraídos usando técnicas de processamento de sinal digital. Mostramos isso trabalhando com um telefone inteligente e uma página impressa, mas você pode usar qualquer fundo não uniforme. A NASA usa o solo: olhando para baixo, Airborn Background Oriented Schlieren (Airbos) pode fornecer visualização de fluxo de ondas de choque e vórtices em torno de um avião em voo.
Nos dias anteriores a todos tivemos supercomputadores em nossos bolsos, ainda period possível visualização de fluxo em larga escala; Só precisava de um truque óptico. É necessário um par de grades correspondentes: uma antes da lâmpada, criando uma projeção de luz e escura e uma segunda antes da lente. Os raios desviados por variações de densidade entrarão na grade da câmera. Isso foi usado com um bom efeito por Gary S. Types Para visualizar os fluxos aéreos do HVAC em 1997
Que nos leva a outra aplicação, separada do aeroespacial. As fotos do túnel de vento são muito legais, mas sejamos honestos: a maioria de nós não está trabalhando em drones supersônicos ou bicos de foguetes. É claro que o fluxo de ar não precisa ser supersônico para criar variações de densidade; Os túneis de vento subsônicos também podem ser equipados com a Schlieren Optics.
Ou talvez você esteja mais preocupado com o fluxo de ar em torno dos componentes? Para identificar um ponto de acesso em uma placa, a fotografia de RI é muito mais fácil. Por outro lado, se o seu ponto de acesso for devido a resfriamento insuficiente em vez de falha do componente? As imagens de Schlieren podem ajudá -lo a visualizar o fluxo de ar ao redor da placa, permitindo otimizar os caminhos de resfriamento.
Provavelmente, isso será mais fácil com a versão orientada para o fundo: você pode apenas enfiar o plano de fundo em um lado do gabinete do seu projeto e ir trabalhar. Eu acho que se algum de vocês começar a usar a imagem Schlieren em seus projetos, esse pode ser o aplicativo assassino que o inspirará a fazê -lo.
Outro lugar que usamos o ar? No espaço criador. Ainda não vi alguém usar a Schlieren Pictures para ajustar os dutos de resfriamento em sua impressora 3D, mas você certamente poderia. (Tem sido usado para ver proteger gases em soldagem, por exemplo.) Para esse assunto, dependendo do que você imprimir, o escape adequado dos fumos é um grande problema de saúde. Esses fumos aparecerão facilmente, dada a diferença de temperatura e, possivelmente, até a composição química que muda a densidade do ar.
Lembre -se de que a coisa principal sendo fotografada não é a diferença de temperatura, mas a diferença de densidade. As ondas sonoras são ondas de densidade, elas podem ser fotografadas dessa maneira? Sim! As ondas em pé em plataformas de levitação ultrassônica são um alvo common. Efeitos estroboscópicos podem ser usados para ondas que não são de atendimento, embora lembre-se de que o nível de pressão sonora é o inverso da frequência, portanto as frequências audíveis Pode não ser prático se você gosta de seus tímpanos.
A fotografia de Schlieren não se limita ao ar. Variações de densidade em líquidos e sólidos também são jogo. Deseja ver como várias soluções de densidade ou temperatura variáveis estão se misturando? A imagem de Schlieren o cobriu. Assistir convecção em um tanque de água? Ou, se você estiver fazendo lentes, poderá voltar ao básico e usar uma das técnicas de Schlieren discutidas aqui para ajudá -lo a torná -las perfeitas.
A verdadeira razão pela qual estou escrevendo sobre essas técnicas não são as aplicações variadas, espero que seus hackers possam colocá -los: é uma desculpa para coletar todas as belas imagens da visualização de fluxo que eu posso amontoar neste artigo. Então, se você ler isso e pensar: “Não tenho motivo prático para usar essa técnica, mas parece authorized” – ótimo! Estamos no mesmo barco. Vamos fazer algumas fotos bonitas. Ainda conta como um hack.
