![](https://habrastorage.org/web/f09/7fe/91e/f097fe91e9d3477192a5206edeb9dc96.jpg)
![](https://habrastorage.org/web/bfa/def/850/bfadef85026e494296d8fac7ead6d65d.jpg)
Шлирен-метод. Это наверное единственный способ в живую пронаблюдать конвекцию. Вообще данный метод позволяет увидеть любое изменение плотности в прозрачных средах. Например, когда горит свеча, она нагревает воздух, уменьшая его плотность, что позволяет заметить полученные неоднородности.
?-плотность газа
P-давление газа
T-температура
R-универсальная газовая постоянная
![](https://habrastorage.org/web/6f5/29c/714/6f529c7146ac4513aa7c2a060614ff41.jpg)
А как устроен шлирен-метод? На самом деле очень просто. Начнём с наиболее простого варианта.
Проекционный метод
Возьмём фонарик, желательно с маленькой светящей площадью, и направим его на листочек бумаги, которая будет играть роль экрана. Поместим неоднородность в световой поток фонарика.
![](https://habrastorage.org/web/d95/a8c/e25/d95a8ce25f104fd995818d8284cdaf29.jpg)
Такой метод называется проекционным.
![](https://habrastorage.org/web/82d/149/32d/82d14932daf14b3598ff6d3df89f431a.jpg)
Почему же глазами не видно конвективный поток, а на экране его можно наблюдать?
Дело в том, что изменение плотности среды, следовательно и изменение показателя преломления незначительны, и человеческий глаз не может этого заметить.
Но когда мы светим на листочек, то лучи проходящие через неоднородность преломляются и усиливают некоторые зоны на экране. Но так как лучи отклонились, то туда, куда они должны были прийти, появляется зона с пониженной яркостью.
![](https://habrastorage.org/web/15d/ccf/522/15dccf522585481487d0cabb37928c75.jpg)
![](https://habrastorage.org/web/ae8/126/99c/ae812699c1c74688a0175df342c662e9.jpg)
Шлирен-метод
В другом методе нам понадобится нож Фуко, это тонкий непрозрачный экран, в моём случае линейка. И ещё нам нужно чем-то сфокусировать свет от фонарика. Первое что приходит в голову, это линза, но линзы обладают сферическими аберрациями. Это когда лучи фокусируются не в точке, а на некотором отрезке.
![](https://habrastorage.org/web/627/967/bbb/627967bbbbab4acfb74bb9656090298b.jpg)
Что же делать? Как же быть? Можно вместо обычной линзы взять объектив от фотоаппарата.
Или можно купить, например в магазине косметики, сферическое (вогнутое) зеркало. Оно априори не имеет сферических аберраций.
Возьмём наше зеркало и отразим свет от фонарика в сторону экрана. Если мы поместим нож Фуко до фокусного расстояния, то он перекроет одну из частей изображения. Поставив его за точкой фокуса, нож перекроет другую часть изображения. А что будет если мы нож Фуко поставим в саму точку фокуса? Тогда он затемнит изображение в целом.
![image](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/d63/79f/7a1/d6379f7a19019d79f27accbb5a28ef4c.jpg)
Теперь когда мы помещаем неоднородность в световой поток, некоторые лучи преломляясь в ней, огибают нож и попадают на экран.
![image](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/617/1e5/140/6171e514044723338d313db6554fc598.png)
Этот метод не имеет засветки, так как на экран попадают только те лучи, которые прошли через неоднородность.
![](https://habrastorage.org/web/b57/7f6/091/b577f609135245f48c8681d4f38c41d9.jpg)
![](https://habrastorage.org/web/9e8/576/dff/9e8576dff534403a99972256b73b4b36.jpg)
Можно заметить, что свет всё же не фокусируется в точку, это из-за того, что источник света имеет свои размеры, следовательно его изображение должно иметь какие-то размеры.
Чтобы уменьшить размеры этого изображения, нужно расположить источник света как можно дальше от зеркала, либо уменьшить его размеры.
![](https://habrastorage.org/web/cac/1e0/bc6/cac1e0bc62c74f85917b48d046d4b5aa.jpg)
![](https://habrastorage.org/web/f0e/0f0/dcd/f0e0f0dcda864dc98357e857d52657ae.jpg)
Я использовал такие светодиоды.
![](https://habrastorage.org/web/ac2/67a/41a/ac267a41aeb642d68f454e59bab1ddba.jpg)
![](https://habrastorage.org/web/62d/e57/a8f/62de57a8f360416e89c8d686a2f2154f.jpg)
![](https://habrastorage.org/web/fc4/fcd/6cc/fc4fcd6cc06a431eafb62fa17a3393bf.jpg)
Конвективный поток от спички.
![](https://habrastorage.org/web/0a3/818/48c/0a381848c9214a02b9e82d0c17a4a942.jpg)
Конвективный поток от паяльника.
![](https://habrastorage.org/web/fa5/9d2/b44/fa59d2b44dc64021bd5212f12f68a0ef.jpg)
На данной фотографии можно наблюдать, как горячие потоки воздуха вырываются из фена с большой скоростью.
На практике шлирен-метод используют в аэродинамических трубах, что позволяет наблюдать картину обтекания исследуемой модели.
![](https://habrastorage.org/web/626/f58/2c5/626f582c51724af68315ec5170f61ce2.jpg)
Комментарии (14)
ferocactus
30.08.2017 17:34+1Если на экран попадают только лучи, которые огибают препятствие (линейку) расположенное в фокусе, почему на экране они образуют круг? Я бы ожидал увидеть нечто бесформенное, из-за «случайного» выбора лучей, которые достигнут экрана
Iroslove Автор
30.08.2017 18:02Это интересный вопрос. Дело в том, что на ноже свет фокусируется в виде маленького пятна.
Регулируя величину отсечения светового пучка на ноже, мы можем изменять яркость «фона» изображения.
Zulus-Imba
30.08.2017 17:49От чего стук, слышный на видео, фотоны отскакивают от ножа Фуко? :)
Iroslove Автор
30.08.2017 18:05Я в школьной лаборатории делал, а там товарищи тоже много интересного исследовали.
commanderxo
30.08.2017 20:20Очень интересно, можете выложить схему установки, чтоб было понятно как лучше расположить объект, зеркало и экран?
Заинтриговать у вас получилось, теперь хочется подсказок и рекомендаций для желающих повторить эксперимент.Iroslove Автор
30.08.2017 20:53+3Вообще источник света лучше расположить как можно дальше от зеркала, и желательно под углом близким к 90 градусам (так будет меньше искажений).
Неоднородность можно ставить везде, главное перед ножом. Чем ближе неоднородность к источнику света, тем больше шанс её различить. В качестве экрана можно использовать фотоаппарат, я использовал зеркалку. Обычные любительские фотоаппараты можно тоже использовать, ну только в ручном режиме.
Также вместо зеркала можно использовать линзы, но у меня ничего хорошего с ними не получалось.
Sladkozub
31.08.2017 12:14Автор, замени, пожалуйста, картинки из vk, есть проблемы с доступом для украинских пользователей и оболтусов, вроде меня,
бездельничающихрасширяющих кругозор в рабочее время :)
Nuwen
Не совсем ясно, вы использовали обычные светодиоды, но зелёного цвета, или это лазерные диоды? Во втором случае, размер источника света получается вполне точечным, с оптической точки зрения.
Iroslove Автор
Согласен, и вправду сферические аберрации здесь присутствуют. Я использовал обычные светодиоды зелёного и красного цвета, других просто не было.
x67
лазерный диод без оптики создает световой поток с большой площадью в поперечном сечении, а с оптикой — имеет оптику, которая не отличается прецизионным качеством