Читать «Журнал «Вокруг Света» №9 за 2003 год» онлайн - страница 2

При проверке зеркал с помощью ножа Фуко мы отрезаем основной поток света, оставляя только отклонения от нормы. В шлиренметоде Теплера все прямоидущие лучи тоже убирают, и только то, что уклонилось от верного пути, благодаря колебаниям показателя преломления, попадает в глаз наблюдателя или на фотопленку. Причем получающаяся картинка настолько наглядна и понятна, что какие-либо комментарии, как правило, излишни. Увеличение контрастности и «видности» воспринимается вполне естественно, и если не требуется численная оценка изменений температуры или давления газа в потоке, то можно и не вникать в тонкости оптической системы устройства, наслаждаясь замысловатыми завитками турбулентных потоков, лучами ударных волн и кругами звукового давления.

Изначально все это придумывалось для того, чтобы увидеть звуковые волны и потоки, обтекающие модели самолетов и ракет, но сегодня теплеровский шлирен-метод используют для визуализации мощных пикосекундных лазерных импульсов и фазовых переходов в веществах, замороженных до температур, близких к абсолютному нулю. Пользы от теневой фотографии было немало – так аэродинамики, прежде чем научились численно рассчитывать потоки, обтекающие летательные аппараты, немало лет провели в аэродинамических трубах, измеряя силу и давление, а также анализируя теплеровские фотографии пограничных слоев и линий отрыва потока.

Свой метод Фуко предложил в 1859 году и даже сумел сам изготовить два телескопа с зеркалами диаметром 80 см, а уже к 1908 году в обсерватории Маунт-Вилсон был построен полутораметровый рефлектор. Метод Фуко в различных модификациях используется и сегодня – при изготовлении как любительских зеркал, так и многометровых космических и земных телескопов. Идея отсечения основного неинформативного потока света оказалась очень продуктивной не только для чисто оптических задач, и уже в 1867 году немецкий физик Август Теплер разработал шлирен-метод наблюдения мелких оптических неоднородностей в прозрачных средах. Это было прямое развитие теневого метода Фуко, и сегодня, несмотря на наличие лазеров и огромные возможности интерферометрических способов контроля поверхностей и объемов, старинные методики не только не забыты, но и активно развиваются ныне живущими кулибиными.

На этот раз инициативу съемки невидимого перехватила Америка. В середине прошлого века Х. Шардин предложил использовать специальнысветовозвращающий экран и сходящийся пучок света, а в конце века Л.М. Ванштейн сумел изготовить большеразмерную шлирен-систему, лишенную принципиальных ограничений на размер исследуемых объектов.

Последние наиболее значимые достижения в области полномасштабной шлирен-фотографии крупных конструкций связаны с именем профессора механики из Пенсильванского университета Гари Сэттла, сумевшего обойтись при съемке мелких неоднородностей без больших высокоточных зеркал и научившегося снимать конвективные потоки и воздушные струи, пронизывающие нашу жизнь прямо там, где это требуется. Так что, возможно, имя Сэттла, равно как и 2003 год, станет еще одной важной вехой в развитии методов визуализации невидимого.