Schattenphotographie

Die Schattenphotographie, auch bekannt unter der englischen Bezeichnung "Shadowgraphie" dient wie die >>> Schlierenphotographie<<< zur Sichtbarmachung kleiner Unterschiede im Brechungsindex durchsichtiger Medien. Das Schattenverfahren wurde schon 1880 von Dovrak eingeführt. Obwohl das Schattenverfahren der Schlierenphotographie in Bezug auf Empfindlichkeit deutlich unterlegen ist wird es doch viel angewandt. Der große Vorteil der Shadowgraphie ist der geringe apperative Aufwand. Vor allem in der Ballistik wird das Verfahren verwendet da es in seiner einfachsten Form sehr große Gesichtsfelder erlaubt und ohne große und teure optische Elemente auskommt. Ein einfacher Versuch zeigt das Prinzip. Hierzu wird nur eine Lichtquelle und ein weißer Schirm benötigt. Gute Ergebnisse werden mit einem Diaprojektor als Lichtquelle erzielt.

Aufbau:
Der Diaprojektor wird in etwa zwei Metern Entfernung von einer weißen Fläche aufgestellt sodass er diese beleuchtet. Bringt man eine brennende Kerze zwischen Projektor und Fläche sieht man sofort die Schlieren der heißen Luft über der Kerze auf der Projektionsfläche . Da keinerlei optische Elemente zur Abbildung verwendet werden sind die erhaltenen Bilder nicht besonders scharf. Durch Verändern der Position der Kerze kann das Bild optimiert werden.Je näher die Kerze am Schirm steht desto schärfer wird das Schattenbild aber desto schwächer werden die Schlierenschatten.Rückt man die Kerze weiter weg werden die Schlierenschatten deutlicher aber das Schattenbild verliert an Schärfe.

Etwas bessere Ergebnisse erhält man mit einem Strahlengang der im folgenden skizziert ist. Die Lichtquelle sollte möglichst klein und hell sein, am Besten eine Xenon- oder Quecksilberkurzbogenlampe. Beim Arbeiten mit diesen Lampen ist aber höchste Vorsicht geboten, da sie auch starke UV-Strahlung emittieren, welche schwere Augeschädigungen hervorufen können. Zusätzlich besteht durch den hohen Innendruck der Lampen Explosionsgefahr, sodass sie nur in einem geschlossenen Gehäuse betrieben werden dürfen. Für erste Versuche genügt aber auch eine kleine Halogenlampe. Die Lichtquelle wird mit einem Hohlspiegel oder einer Linse in der Blendenebene der Kamera abgebildet. Die Kamera wird nicht auf das Schlierenobjekt fokussiert sondern auf eine etwas hinter dem Objekt liegende Ebene.

Auch bei dieser Technik hat man die Wahl zwischen der Schärfeeinstellung des Objekts und der Deutlichkeit der Schlieren. In keinem Fall wird aber die Leistungsfähigkeit der originalen Schlierenmethode erreicht. Das linke, Bild zeigt einen Gasstrahl, der aus einer Düse austritt. Der Brechungsindex von Flüssigkeiten unterliegt einer stärkeren Temperaturabhängigkeit als der von Gasen. Das rechte Bild zeigt Wärmeströmungen und Wirbel in erwärmtem Wasser.