8.14. Vetítés Schlieren-módszerrel

A kísérlet célja

A Schlieren-vetítés módszerének megismerése.

Szükséges anyagok, eszközök

• Lámpa (12 V, 100 W, transzformátorra kötve)
• Kettős kondenzor lencse (f = 5 cm)
• Leybold korrigált vetítőlencse (f = 15 cm)
• Állítható diafragma (azaz lyukblende)
• Tárgyak (ecset, madártoll, küvetta, glicerin, tárgylemez)
• Diapozitív tartó lemez
• Takarólemez (lovasba illeszthető)
• Optikai sín (5 db lovas, 5 db T tartó)
• Talpas ernyő
• Lovasba illeszthető fa asztalka

Leírás

Az átlátszatlan tárgyak széléről elhajlított, esetleg visszavert fénynyalábok indulnak ki. Törésmutató-inhomogenitásokkal rendelkező átlátszó tárgyból a várttól eltérő irányokban is lépnek ki fénynyalábok. Ha az ilyen tárgyat olyan vetítőrendszerbe helyezzük, amelyben a direkt nyalábokat letakarjuk, akkor az eredeti iránytól eltérített nyalábok révén jön létre a leképezés. Ennek következtében az átlátszatlan tárgy széleinek képe sötét látótérben (direkt fény lefedve) világos kontúrokban válik láthatóvá. Ugyanígy átlátszó tárgyban meglevő kis törésmutató-különbségek is kimutathatók (pl. tiszta vizet tartalmazó küvettába vetítés közben sóoldatot vagy glicerint csepegtetünk).

Az ábrán a tárgy nélküli nyalábokat végig 1-es, a tárgyon irányváltozást szenvedetteket 2-es számmal jelöltük. A fényforrásból kiinduló nyalábot a kondenzor a diafragmára irányítja (a nyaláb keresztmetszete a diafragmát teljesen átfedi). A fényforrás képe F’-ben keletkezik. A vetítőlencse a diafragma képét a takarólemezre képezi le. A P tárgyat (jelen kísérletben egy ecset) a vetítőernyő S pontjának környékére vetíti (a 2-es nyalábokkal). A következő ábrán látható a kísérleti összeállítás, valamint a sugármenet elvi vázlata.

Ha a T takarólemez (5-6 mm átmérőjű kis kör alakú lemez) nincs a rendszerben, akkor az ernyőn világos alapon megkapjuk a tárgy (átlátszatlan) árnyékképét (világos látóterű kép). Amennyiben a takarólemezzel a direkt nyalábokat lefedjük (a diafragma éles képe itt keletkezik, tehát a lemez minden direkt nyaláb továbbjutását megakadályozza) a tárgyon elhajló 2-es nyalábok megkerülik az akadályt, és az ernyőn sötét alapon (nincs direkt nyaláb) létrehozzák a tárgy világító képét (sötét látóterű kép).

Feladatok

• Figyeljük meg az ecset és a madártoll világos és sötét látóterű képét. Fogalmazzuk meg a köztük lévő kapcsolatot.
• Érintsük az ujjunkat a tiszta tárgylemez közepéhez (hagyjunk ujjlenyomatot), majd helyezzük tárgyként a vetítő rendszerbe. Figyeljük meg, hogy a sötét látóterű képen milyen szépen kirajzolódik a mintázat.
• Helyezzük az üveg küvettát a tárgy helyére. Rakjuk be a takarólemezt. Ideális esetben nem szabad látnunk mintázatot az ernyőn. Cseppentsünk sóoldatot a vízbe és figyeljük meg a sötét látóterű képét.

Kísérlethez kapcsolódó kérdések

• Keressünk az interneten alkalmazásokat a Schlieren-módszerre (angolul Schlieren photography, Schlieren imaging) és soroljuk fel a legérdekesebbnek talált 3 alkalmazást. Figyelem! Sokféle Schlieren-vetítési eljárás van. A fentiekben leírt csupán egy fajtája.