Fotografía Schlieren
La fotografía de Schlieren es un proceso para fotografiar el flujo de fluidos . Inventado por el físico alemán August Toepler en 1864 para estudiar el movimiento supersónico , se usa ampliamente en ingeniería aeronáutica para fotografiar el flujo de aire alrededor de los objetos.
La implementación clásica de un sistema óptico de Schlieren utiliza la luz de una sola fuente colimada que brilla sobre un objeto objetivo o desde atrás. Las variaciones en el índice de refracción causadas por gradientes de densidad en el fluido distorsionan el haz de luz colimado. Esta distorsión crea una variación espacial en la intensidad de la luz, que se puede visualizar directamente con un sistema de gráfico de sombras .
Los sistemas clásicos de imágenes de Schlieren aparecen en dos configuraciones, utilizando uno o dos espejos. En cada caso, un objeto transparente se ilumina con luz colimada o casi colimada. Los rayos que no son desviados por el objeto se dirigen a su punto focal, donde son bloqueados por el filo de un cuchillo. Los rayos que son desviados por el objeto tienen la posibilidad de pasar el filo de la navaja sin ser bloqueados. Como resultado, se puede colocar una cámara después del filo de la navaja de modo que la imagen del objeto exhiba variaciones de intensidad debido a las desviaciones de los rayos. El resultado es un conjunto de parches más claros y más oscuros que corresponden a gradientes de densidad de fluidos positivos y negativos en la dirección normalal filo de la navaja. Cuando se utiliza un filo de cuchillo, el sistema generalmente se denomina sistema de Schlieren , que mide la primera derivada de la densidad en la dirección del filo de cuchillo. Si no se usa el filo de una navaja, el sistema generalmente se denomina sistema de gráfico de sombras , que mide la segunda derivada de la densidad.
En el sistema schlieren de dos espejos (a veces llamado configuración Z ), la fuente es colimada por el primer espejo, la luz colimada atraviesa el objeto y luego es enfocada por el segundo espejo. Esto generalmente permite imágenes de mayor resolución (ver detalles más finos en el objeto) de lo que es posible usando la configuración de un solo espejo.
Diseño óptico de un sistema schlieren de dos espejos, que muestra los rayos desviados reflejados en el detector de la cámara.
Si el flujo de fluido es uniforme, la imagen será constante, pero cualquier turbulencia causará centelleo , el efecto brillante que se puede ver sobre las superficies calentadas en un día caluroso. Para visualizar perfiles de densidad instantáneos, se puede usar un flash de corta duración (en lugar de iluminación continua).
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