СНИМКА В СВЕТА НА СЕНКИТЕ, Наука и живот

Л. ТКАЧ. Въз основа на материали от списания "Американски учен" и "Science News" (САЩ).

Ударната вълна е остър шок от уплътняване на въздуха, който се разпространява със свръхзвукова скорост. Ако звукът на обикновен разговор генерира промени в налягането на въздуха в милионни части от атмосферата, тогава за ударна вълна тази цифра може да достигне няколко атмосфери. Такова рязко повишаване на налягането променя оптичните свойства на въздуха, в резултат на което светлинните лъчи се отклоняват, за да може вълната да се снима. Ударните вълни са описани за първи път като независим феномен от австрийския физик Ернст Мах. Той също така получава първите изображения на куршуми, летящи със свръхзвукова скорост (1880-те).

В средата на 19 век немският учен Август Топлер наблюдава електрически разряди и ударни вълни, излъчвани от тях. В разработената от него настройка светлината от точков или цепнати източник се фокусира в самия ръб на непрозрачен затвор, така наречения оптичен нож на Фуко. Ако няма оптични неравности във въздуха между двете лещи, екранът зад затвора остава равномерно слабо осветен. Но ако в прозрачния въздух има зони с различна плътност и следователно с различен показател на пречупване, част от лъчите ще преминат над ръба на непрозрачния екран или, обратно, ще се забавят от него. На екрана ще се появят съответно по-светли и по-тъмни области. Toepler нарече този нов метод на фотография, който позволява да се видят ударни вълни със собствените си очи, "методът Schlieren" от немската дума "Schliere", което означава оптична нехомогенност (swill) в стъклото. В днешно време често говорят за сенчестия метод на фотографията. Такава настройка обаче може да изучава само малки мащабни ударни вълни, например от летящ куршум или от искров разряд.

Новата система на Schlieren (виж фигурата), разработена в държавния университет в Пенсилвания, използва голям набор от хоризонтално разположени огледални ленти като източник на светлина. На него свети мощна лампа с светкавица, а светлината, отразена от огледалната решетка, се подава през лещата към режещата решетка. Тя играе ролята на ножа на Фуко. Това е "отрицателното" на огледалната решетка на източника (всяка отразяваща лента съответства на непрозрачна). Докато нищо не се случва в пространството между двете решетки, екранът, върху който се проектира изображението им от обектива, остава тъмен. Ако оптичните свойства на въздуха между решетката на източника и лещата се променят, тогава някои от лъчите се отклоняват и преминават през граничната решетка, образувайки изображение.

По този начин тази разработка освободи метода за заснемане на сенки от строго „настолен”, лабораторна употреба. В резултат на това бяха открити много проблеми, в решението на които тези методи преди това не бяха използвани, но където, както се оказа, не може да се мине без тях. И така, при изучаването на останките от самолет, паднал в резултат на експлозия на бомба на борда, възникна предположението за няколко обвинения. Имаше обаче само една бомба, просто ударните вълни се отразяваха от вътрешните повърхности и разкъсваха кожата на различни места. Сега движението на вълните по модела на самолета може да се наблюдава с очите ви. Тези снимки могат да кажат на дизайнерите как да закалят самолета в случай на терористични атаки. Същото се отнася и за строителите и архитектите (например при изследване на последиците от експлозии в сградите и причините за срутването на конструкциите). А широкомащабният метод на Schlieren е полезен и в науката за материалите, в съдебната балистика и никога не се знае къде другаде. На път са камери с още по-висока разделителна способност и скорост на снимане до милион кадъра в секунда. Възможностите за подобряване на такива системи далеч не са изчерпани.