🕯🔍 Шлирен-метод (от нем. Schlieren — оптическая неоднородность) — способ обнаружения оптических неоднородностей в прозрачных, преломляющих средах, и выявления дефектов отражающих поверхностей.
Иногда его называют методом Тёплера — по имени автора, немецкого физика Августа Тёплера.

Шлирен-метод, разработанный в 1864 году Августом Тёплером, является развитием предложенного в 1857 году теневого метода Леона Фуко, разработанного для контроля геометрии при изготовлении сферических зеркал телескопов. Заключался метод Фуко в том, что проверяемое зеркало освещали точечным источником света. В центр кривизны сферы помещали непрозрачный экран с острой кромкой, затеняющий в формируемом изображении точечный источник, но не препятствующий лучам, рассеянным зеркалом из-за нарушения геометрии. Позднее такой экран стали называть ножом Фуко.

Если поверхность зеркала была строго сферичной, нож, перекрывая основной световой поток точечного источника, равномерно затенял формируемое зеркалом изображение. Если сфера имела дефекты — формируемое изображение, в зависимости от знака и степени ошибки радиуса локальной кривизны, имело светлые или тёмные области. Ориентируясь по такой разной освещённости, проводили дошлифовку зеркала.

Шлирен-метод получил особенно широкое распространение для визуализации различных процессов в воздушной среде. Это относится, например, к исследованиям распределения плотности воздушных потоков образующихся при обтекании моделей в аэродинамических трубах, то есть, в авиационной технике. Применяется, также в механике жидкости, баллистике, изучении распространения и смешивания газов и растворов, исследовании теплообмена за счет конвекции и т. п.
#physics #наука #физика #термодинамика #эксперименты #опыты #видеоуроки #научные_фильмы

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

💧 Одна из самых элегантных и эффектных демонстраций механики разрушения — слезы принца Руперта (Батавские слезки).

Рассмотрим ключевые концепции механики сплошных сред и теории упругости. Капля расплавленного стекла, попадая в холодную воду, застывает в форме головастика. Полученный объект обладает парадоксальными свойствами:
▪️ Голова выдерживает удары молотка.
▪️ Хвост — является ахиллесовой пятой: стоит его надломить — и вся капля мгновенно взрывается на мельчайшие частицы.
Быстрое охлаждение создаёт в поверхностном слое остаточные напряжения сжатия, а в сердцевине — растяжения. Это классический пример управляемого остаточными напряжениями упрочнения.

▪️ 1. Не просто «сжатие снаружи». Это сложное 3D-поле остаточных напряжений.
Термоупругие напряжения возникают из-за гигантского градиента температуры и вязкости в момент закалки. Важно, что стекло проходит температуру стеклования Tg не мгновенно и не одинаково. Внешний слой «замерзает» (его структура фиксируется) при высокой температуре, в то время как ядро ещё жидкое. При дальнейшем охлаждении ядро пытается сжаться сильнее, чем уже твёрдая оболочка, но не может — так возникает напряжение растяжения в ядре. Количественно это описывается интегралами по времени от разности коэффициентов термического расширения в жидком и стеклообразном состояниях.

▪️ 2. Критическая роль динамики охлаждения и закона зависимости вязкости от температуры.
Скорость релаксации напряжений определяется вязкостью η(T) В области Tg вязкость меняется на порядки на протяжении десятков градусов (уравнение Фульчера-Таммана). Именно эта нелинейность и резкость перехода обеспечивает «заморозку» напряжений. Если бы охлаждение было медленным (τ_охл > τ_релакс), напряжения успели бы полностью релаксировать, и капля была бы обычным куском стекла.

▪️ 3. Взрывное разрушение — это сверхзвуковая волна разгрузки.
Надлом хвоста — это не просто «запуск трещины». Это создание точечного источника упругой энергии, запасённой во всём объёме. Высвобождающаяся энергия столь велика, что фронт разрушения (граница между целым и разрушенным материалом) распространяется со скоростью, превышающей скорость звука в стекле (порядка 1500-2000 м/с для продольных волн). На высокоскоростной видеосъёмке видно, как фронт движется от хвоста к голове за микросекунды. Это автокаталитический процесс: релаксация напряжений в одной точке повышает нагрузку на соседние, приводя к лавинообразному росту микротрещин.

▪️ 4. Фрактальность осколков.
Продукты разрушения — не просто осколки. Их размерное распределение часто подчиняется степенному закону, что указывает на фрактальный характер процесса разрушения. Это роднит его с другими явлениями критического состояния: землетрясениями, разрушением горных пород, даже образованием космической пыли. Энергия, высвобождающаяся при разрушении одной капли, распределена по широкому спектру размеров частиц.

▪️ 5. Связь с современными технологиями: аналог химического упрочнения.
Физически Батавская слезка — предшественник современных упрочнённых стекол (Gorilla Glass, «закалённое стекло»). Только в промышленности сжатие на поверхности создают не температурным, а ионным обменом (диффузия ионов K+ вместо Na+ с созданием напряжённого поверхностного слоя). Критерий Хасселмана-Нараянасы для хрупкого разрушения, учитывающий как приложенную нагрузку, так и поле остаточных напряжений, прямо вытекает из анализа таких объектов.

Слеза принца Руперта — это макроскопический аналог метастабильного состояния (ложный минимум в конфигурационном пространстве с огромным барьером). Её хвост — это редкий пример точно рассчитанного инициирующего устройства, переводящего всю систему из локально-устойчивого состояния в глобальный минимум (порошок) через лавинообразную релаксацию упругой энергии.

🏛 Отличная иллюстрация явления резонанса

📙 Почему мы не проваливаемся сквозь пол [1971] Гордон Джеймс Эдвард
📘 Конструкции, или почему не ломаются вещи [1980] Гордон Джеймс Эдвард

📚 Механика разрушений [12 книг]

#physics #science #сопротивление_материалов #механика #физика #сопромат

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib