ФОТОГРАФІЯ У СВІТІ ТІНІВ, Наука та життя
Л. ТКАЧ. За матеріалами журналів "American Scientist" та "Science News" (США).
Ударна хвиля - різкий стрибок ущільнення повітря, що розповсюджується із надзвуковою швидкістю. Якщо звук звичайної розмови породжує зміни тиску повітря в мільйонні частки атмосфери, то ударної хвилі цей показник може досягати кількох атмосфер. Таке різке збільшення тиску змінює оптичні властивості повітря, внаслідок чого світлові промені відхиляються, тому хвилю можна сфотографувати. Як самостійне явище ударні хвилі вперше описані австрійським фізиком Ернстом Махом. Їм же отримані перші зображення куль, що летять із надзвуковою швидкістю (1880-ті роки).
У середині XIX століття німецький вчений Август Теплер спостерігав електричні розряди і ударні хвилі, що розходяться від них. У розробленій ним установці світло від точкового або щілинного джерела фокусується на краю непрозорої заслінки, так званого оптичного ножа Фуко. Якщо у повітрі між двома лінзами немає оптичних неоднорідностей, екран позаду заслінки залишається рівномірно слабко освітленим. Але якщо в прозорому повітрі є якісь зони з іншою щільністю і тому з іншим коефіцієнтом заломлення частина променів пройде вище краю непрозорої ширми або, навпаки, затримається нею. На екрані виникнуть відповідно світліші та темніші області. Цей новий метод фотографії, що дозволяє на власні очі побачити ударні хвилі, Теплер назвав "шлірен-методом" від німецького слова "Schliere", що означає оптичну неоднорідність (свіль) у склі. Нині найчастіше говорять про тіньовий метод фотозйомки. Однак на такій установці можна вивчати ударні хвилі лише невеликого масштабу, наприклад, від кулі, що летить, або від іскрового розряду.
У новій шлірен-системі (див. малюнок), розробленої вУніверситеті штату Пенсільванія, джерелом світла служить велика решітка з горизонтально розміщених дзеркальних смуг. На неї світить потужна лампа-спалах, і відбите від дзеркальної решітки світло через об'єктив подається на решітку, що відсікає. Вона грає роль ножа Фуко. Це "негатив" дзеркальної решітки-джерела (кожній смузі, що відбиває, відповідає непрозора). Поки в просторі між двома гратами нічого не відбувається, екран, на який проектується їхнє зображення, залишається темним. Якщо ж оптичні властивості повітря між решіткою-джерелом та об'єктивом змінюються, то частина променів відхиляється і проходить крізь решітку, що відсікає, формуючи зображення.
Таким чином, ця розробка звільнила тіньовий метод зйомки від "настільного", лабораторного застосування. В результаті виявилося безліч завдань, при вирішенні яких ці методи раніше не використовувалися, але де без них, як виявилося, не обійтися. Так, при вивченні уламків літака, що впав у результаті вибуху бомби на борту, виникло припущення про декілька зарядів. Проте бомба була одна, просто ударні хвилі відбивались від внутрішніх поверхонь і рвали обшивку у різних місцях. Тепер рух хвиль за моделлю літака можна спостерігати на власні очі. Ці кадри можуть підказати конструкторам як зміцнити літак на випадок терактів. Те саме стосується будівельників та архітекторів (наприклад, при вивченні наслідків вибухів усередині будівель та причин обвалення споруд). А ще великомасштабний шлірен-метод стане в нагоді в матеріалознавстві, в судовій балістиці, та мало де ще. На підході камери з ще більшою роздільною здатністю та зі швидкістю зйомки до мільйона кадрів за секунду. Можливості для вдосконалення таких систем не вичерпані.