Schlieren method - schlieren method

Schlieren is a German word meaning inhomogeneity or striae in a uniform transparent medium. The method of making this schlieren visible to the eye by optical means is called the schlieren method. When we see an object with our eyes, we know the existence, properties, shape, etc. of the object from the difference in brightness or color of the light reflected or transmitted by the object. Therefore, schlieren in a uniform medium is generally difficult to notice because there is no difference in brightness or color between it and the surroundings. In the case of severe inhomogeneity, when you look at another object through it, the image appears distorted, so you can tell it exists. The issue here is to recognize slight inhomogeneities that cannot be seen by such methods.

The diagram shows the principle of the equipment used in the Schlieren method. Light emitted from a point source S is converted by lens L into light that converges to S' and passes through object O, which contains the Schlieren Sh. A lens C placed behind S' forms an image O' of object O on the ground glass or the retina of the eye. When there is no inhomogeneity, all light passes through S'. When there is inhomogeneity, the refractive index of that part is different from the surrounding parts, so the light that passes through that part is bent and passes through a slightly different position from S'. If a light-opaque screen K is placed at the position of S' and covers S', no light will enter C if the object O is uniform, and the field of view will be completely dark. The light that is bent through the inhomogeneity and not covered by K enters lens C. As a result, a bright image of Sh appears on a dark background. On the other hand, when K does not cover S' and some of the light bent by Sh is blocked, Sh appears dark in the bright image of O. This is the principle of the Schlieren method.

Using this method, we can observe air currents by taking advantage of the temperature and density differences in the air around a heated object, find striae in optical glass that must be perfectly uniform, and observe shock waves on an airplane wing placed in a high-speed wind tunnel.

[Kazuo Miyake]

Source: Shogakukan Encyclopedia Nipponica About Encyclopedia Nipponica Information | Legend

シュリーレンとは、一様な透明媒質中にある不均一性や脈理を意味するドイツ語。このシュリーレンを光学的手段によって目に見えるようにする方法をシュリーレン法という。私たちが目で物を見るときは、その物で反射または透過した光の明暗または色の違いによって、その物の存在、性質、形などを知る。したがって、一様な媒質中にあるシュリーレンは、周囲との間に明暗や色の差がないので、一般には認めにくい。ひどい不均一性がある場合には、それを通して他の物を見ると、像がゆがんで見えるので、その存在を知ることができる。ここで問題とするのは、そのような方法では認められないようなわずかな不均一性を認めることである。

　シュリーレン法で用いられる装置の原理図（図）を示す。点光源Sから出た光は、レンズLによってS′に収束する光にされ、シュリーレンShのある物体Oを通過する。S′の後方に置かれたレンズCによって、磨(すり)ガラスまたは目の網膜上に物体Oの像O′を結ばせる。不均一性が存在しないときは、光はすべてS′を通る。不均一性があると、その部分の屈折率は周囲の部分と異なるので、その部分を通った光は曲げられてS′とは少し異なった位置を通る。光を通さない衝立(ついたて)KをS′の位置に置き、S′を覆うと、物体Oが均一の場合にはCに入る光はなくなり、視野は真っ暗になる。不均一部分を通って曲げられ、Kで覆われなかった光はレンズCに入っていく。その結果、暗黒の背景の上にShの明るい像が現れる。反対にKはS′を覆わず、Shで曲げられた光の一部が遮られると、Oの明るい像の中にShが暗く現れる。以上がシュリーレン法の原理である。

　この方法を用いることにより、熱せられた物体の周囲の空気の温度・密度の違いを利用して、空気の流れを観察できる。完全に均一でなければならない光学ガラスの中の脈理をみつけることができる。また高速風洞の中に置かれた航空機の翼に発生する衝撃波を観察することができる。

［三宅和夫］

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