Як побачити повітряні потоки

Потік — неперервний рух маси чи великої кількості чого-небудь, що характеризується напрямками у кожній своїй точці.

Якби існував портал, через який ви могли б бачити всі невидимі повітряні потоки, температурні градієнти, відмінності в тиску і складі повітря, то ось так виглядало б запалювання сірника.
Це гелій, що витискається оболонкою повітряної кульки.
Ви могли б бачити, як тепле повітря підіймається від ваших рук.
Невидиму пару ізопропілового спирту і струмінь викинутої речовини під час чхання.
Це [показує] пристрій, за допомогою якого я зробив ці кадри.
Ось увігнуте параболічне дзеркало діаметром 40 сантиметрів, яке зазвичай використовується в телескопах.
Однак якби воно було частиною великої сферичної оболонки, величезного сферичного дзеркала навколо нас, то центр цього дзеркала буде ось тут.
Саме сюди я помістив світлодіод.
Він крихітний, але я спробував зробити світну точку іще меншою,
зафарбувавши стінки чорним лаком для нігтів.
Я намагався зробити точкове джерело світла.
Отже, це світло поширюється у всіх напрямках, потрапляє на дзеркало і відбивається назад, фокусуючись дуже близько від світлодіода.
Ви можете бачити, що світло сходиться в точку... ось тут.
Я трохи перемістив джерело світла таким чином, щоб це світло пройшло просто в об'єктив моєї камери.
Ось тут я встановлюю лезо для гоління так, щоб воно відсікло приблизно половину світла, що йде до об'єктива.
Ця установка дозволяє побачити найменші зміни в середовищі перед дзеркалом.
Наприклад, візуалізувати потоки розпечених газів.
Ви можете бачити їх, оскільки відбите світло, проходячи крізь струмінь гарячого повітря, ледь змінює напрям поширення, тобто заломлюється.
Це пов'язано з тим, що показник заломлення гарячого повітря відрізняється від показника заломлення холодного повітря навколо.
Він показує, у скільки разів швидкість світла в даному середовищі менша, ніж у вакуумі.
Для повітря цей показник близький до одиниці, але для гарячого повітря він буде іще меншим.
В цьому випадку різниця показників заломлення надзвичайно мала, тому ми не помічаємо відхилення світла.
Але наша установка дозволяє показати таку різницю, тому що частина світла, яке пройшло б над лезом, натомість відхиляється донизу і блокується, утворюючи темнішу пляму на зображенні.
Аналогічно, частина світла, яка поглинулася б лезом, відхилившись, проходить над лезом, утворюючи яскравішу пляму.
Ось як це все працює.
Ви можете побачити тепле повітря, яке підіймається від голови.
І навіть повітря, яке ви видихнули.
Ви також можете побачити холодне повітря, яке витікає з чашки з льодом.
Але не лише температура впливає на показник заломлення.
Різним речовинам відповідають різні показники заломлення.
Як приклад, бутан в запальничці.
Ми не можемо бачити, як він виходить, однак камера може.
Навіть до появи полум'я.
Світло заломлюється, коли проходить крізь мильну бульбашку.
Визначальною тут є товщина мильної плівки.
Цей метод відомий як Schlieren (шлірен),
що в перекладі з німецької означає "мерехтіння".
Цей ефект вперше спостерігав Роберт Гук у сімнадцятому столітті за допомогою двох свічок і кількох лінз.
У 19 столітті цей метод використовували для знаходження дефектів у склі для лінз.
В наш час Schlieren-метод використовується в аеро- й гідродинаміці, адже він дозволяє візуалізувати градієнти температури й тиску.
Ви можете дослідити ударні хвилі та відмінності в складі газів.
Тож, коли ви дивитеся на запалювання сірника, ви бачите тепло, утворене через тертя; загорання фосфору, що дає додаткове тепло і починає реакцію між сіркою і хлоридом калію, з виділенням діоксиду сірки, який ви також можете бачити.
А ще ви можете побачити повітря, яким я задував полум'я.