Schlieren Photographie

Grundlagen: die schon 1864 von dem Physiker August Töpler angewandete Schlierenphotographie und die verwandte Schattenphotographie, besser bekannt unter der englischen Bezeichnung Shadowgraphy, sind Methoden zur Sichtbarmachung kleiner Unterschiede im Brechungsindex eines Mediums. Brechungsindexgradienten enstehen u.A. durch Druck- und Temperaturunterschiede in Gasen und Flüssigkeiten. So können mit der Schlierenphotographie Stoßwellen und Gas- und Wärmeströmungen sichtbar gemacht werden. Im Gegensatz zu den ultraempfindlichen interferometrischen Methoden welche natürlich ebenfalls zur Messung von Brechungsindexgradienten verwendet werden können, ist die Schlierenphotographie mit einfachen Mittel zu realisieren.

Aufbau: seit den Experimenten von Töpler sind manigfaltige Anordnungen zur Schlierenphotographie ersonnen worden. Allen gemeinsam ist das Prinzip eine möglichst gut begrenzte Lichtquelle über Optiken auf eine Blende abzubilden welche einen Teil des Bildes der Lichtquelle ausblendet und somit für eiebweitere Abbildung nicht zur Verfügung steht. Befindet sich nun eine Schliere (Bereich mit geändertem Brechungsindex) zwischen Lichtquelle und Blende wird ein Teil der Lichtstrahlen mehr oder weniger abgelenkt und gelangt an der Blende vorbei und somit wird ein in der Helligkeit verändertes Bild der Schliere erhalten.

Der hier verwendete Aufbau verwendet eine starke Lichtquelle welche mittels einer Kondensoroptik auf einen Spalt abgebildet wird. Die Lichtquelle (Halogenlampe) und der Kondensor sind aus einem alten Diaprojektor entliehen.Der Spalt besteht aus zwei Rasierklingen. Dieser Spalt wird mit einem Hohlspiegel (50cm Brennweite) über einen Umlenkspiegel auf eine weitere Rasierklinge abgebildet, welche, mittels einer Schraube justierbar, die Blende (Schlierenkante) bildet. Direkt auf diese Blende folgt ein Objektiv (ca. 300mm Brennweite) welches das Bild der Schliere auf einen Schirm projeziert. Von diesem Schirm wiederum wird das Schlierenbild mit der Digitalkamera abphotographiert

Ideal ist diese Anordnung leider nicht. Besser wäre es das Objektiv und den Schirm durch das Kameraobjektiv und den Film, b.z.w. Bildsensor zu ersetzen, d.h. das Bild nicht über den Umweg des Schirmes, sondern direkt aufzunehmen. Dazu ist es aber notwendig die verschiebbare Schlierenkante möglichst in die Hauptebene des Objektivs zu legen, was bei meiner Kamera Fuji Finepix S 5000 leider nicht möglich ist. Durch den Umweg über den Schirm geht viel an Lichtstärke, Brillianz und Schärfe der Bilder verloren, trotzdem können sich die Ergebnisse sehen lassen

Ergebnisse


Gute Effekte ergeben die heißen Schwaden, die von einem Lötkolben aufsteigen	Auch die von einer Zigarette aufsteigende heiße Luft ist gut zu sehen	Selbst die "Abwärme" meiner Hand ist gut erkennbar	Interessant ist der Strahl eines Haarföhns, der einen be merkennswert gerichteten Strahl ausstößt

		Wird die Schlierenkante durch eine farbige Folie mit einem Übergang Schwarz/Rot/Grün/durchsichtig ersetzt kann die Ablekung der Lichtstrahlen in verschiedene Farben umgesetzt werden. Hergestellt wurde die Farbkante aus einem Glasplättchen, welches zur Hälfte geschwärtz und dann mit möglichst dünnen Streifchen (kleiner 1mm) aus roter und grüner Filterfolie beklebt wurde.
		Die Ergebnisse, Kerze und Lötkolben, sind links zu sehen. Die Empfindlichkeit erreicht nicht so hohe Werte wie mit der einfachen Schlierenkante

Hochgeschwindigkeits Schlierenphotographie

Ein Hauptanwendungsgebiet der Schlieren ist die Sichtbarmachung von schnellen Vorgängen wie Stosswellen. Dazu sind natürlich nur sehr kurze Belichtungszeiten geeignet. Also wurde die Halogenlampe und der Kondensor entfernt und durch eine stabförmige Blitzlampe ersetzt, die direkt vor dem Beleuchtungsspalt plaziert wurde. Ein Blitzkondensator mit 4uF / 1500V garantiert eine kurze Belichtungszeit und ausreichende Helligkeit. Getrigger wird der Blitz je nach Aufnahmeobjekt von Hand oder

oder mit einer Lichtschranke. Ganz links wieder der Haarföhn, die bei langer Belichtungszeit (1/50 s) verwaschenen Luft-wirbel treten nun klar hervor. Die beiden anderen Bilder zeigen Schüsse mit dem Luftgewehr durch die heiße Luft welche von einer Kerze aufsteigt. In der Mitte eine Diabolokugel und rechts ein etwas schnelleres Pfeilgeschoß.

Beide Geschosse sind deutlich langsamer als die Druckwelle, welche die Geschosse nach einigen Zentimeter überholt hat.Der für schnell fliegende Geschosse typische Mach-Kegel ist hier natürlich nicht zu sehen, da die Geschwindigkeiten 100m/s nicht wesentlich überschreiten