3. Теневая проекция на пластике
Непосредственное фотографирование теней в ярком прямом свете является лишь самым примитивным способом теневой визуализации. Существует более тонкий способ, называемый «шлирен-фотография», или «метод Теплера», имеющий интересную историю возникновения.
С XVII в. был известен способ изготовления вогнутых зеркал для телескопов. Однако для хорошего качества картинки требовалось соблюдение крайней точности в шлифовке и полировке оптических поверхностей. Для мастеров тех времен создание оптики идеальной формы представляло труднейшую задачу. В 1857 г. физик Леон Фуко предложил оптический метод контроля точности изготовления вогнутых зеркал: в фокусе проверяемого зеркала помещался непрозрачный экран с острой кромкой (в дальнейшем названный «ножом Фуко»). Отраженное изображение источника света (точечного или щелевого) фокусировалось на самом краю ножа, и, если поверхность зеркала оказывалась строго сферической, нож перекрывал весь световой пучок, и для наблюдателя зеркало оказывалось полностью затемненным. Если же на поверхности были дефекты, часть света, отраженная неровными участками зеркала, отклонялась, проходя мимо кромки ножа, и для наблюдателя эти участки выглядели светлыми.
Далее этот метод усовершенствовал немецкий физик Август Теплер: он предложил использовать схему с «ножом Фуко» для изучения включений в прозрачные среды. Представим, что у нас есть вогнутое зеркало идеальной сферической формы, оно освещается по методу Фуко, и весь поток отраженного от него света перекрывается оптическим ножом. Теперь, если между источником освещения и зеркалом ввести предмет, создающий неоднородности в среде (например, горящую свечу), приводящие к преломлению света, то наблюдатель увидит в зеркале их контрастное изображение (рисунок 1).
Рис. 1. Теневая визуализация по методу Теплера
Теплер назвал этот способ визуализации шлирен-методом, от немецкого слова Schlieren, означающего неоднородности (включения) в стекле. Данный метод позволяет получить высококонтрастное изображение невидимых невооруженных глазом потоков в газах и жидкостях. С помощью установки Теплера можно эффективно визуализировать пар, поднимающийся над разогретой жидкостью, конвекцию в самой нагревающейся жидкости, потоки горячего воздуха, идущие от пламени и нагревательных элементов, тонкие аэрозоли и пылевые частицы, струи разогретого газа, вырывающиеся из ствола оружия при выстреле, и так далее. Картинка будет гораздо более контрастной, нежели та, которую можно наблюдать непосредственно на отражающей поверхности в ярком свете. При максимальной чувствительности установки можно сделать видимыми даже звуковые волны, распространяющиеся в воздухе, и буквально сфотографировать звук. Подобные опыты были проведены американским физиком Робертом Вудом