Теневой оптический метод каустик – метод исследований напряжений и деформаций, страница 11

Оборудование для экспериментальных исследований с использованием теневых оптических картин достаточно простое. Нет необходимости в специальных усложненных установках. Необходимы лишь подходящий источник света для освещения образца и устройство для регистрации теневых картин.

Освещение образцов и регистрация теневых картин

При описании физических основ теневого оптического метода рассматривался параллельный пучок света. Однако теневые оптические картины могут быть также получены с использованием расходящихся или сходящихся лучей света. Параллельный пучок света использовался лишь для простоты теоретических

выкладок. На практике же параллельные пучки света используются редко. Схемы оптических устройств для получения теневых картин с расходящимися, параллельными и сходящимися пучками света показаны на рис. 9.28, где представлен случай просвечивания, однако аналогичные схемы применимы и в случае отражения. Независимо от того, какая схема используется, пучок света должен удовлетворять одному очень строгому тре-

Рис. 9.28. Теневые оптические установки с расходящимся (а), параллельным (б) и сходящимся (в) пучками света. / — источник света; 2 — образец; 3 — линзы; 4 — плоскость изображения; 5 — камера.

бованию: лучи света в пучке должны быть строго параллельными, расходящимися или сходящимися. Чтобы удовлетворить этому требованию, необходимо иметь точечный источник света, т. е. малую апертуру и большое расстояние от объекта. Если эти условия выполняются недостаточно строго, теневая оптическая картина будет нечеткой и размытой. Граница между затемненной и освещенной зонами (каустика) тогда не будет резкой линией. Поэтому количественная обработка теневых картин будет затруднена или даже невозможна.

Действительные изображения каустики могут быть зарегистрированы непосредственно на фотопленке, помещенной в плоскости регистрации. Такая непосредственная регистрация теневых картин возможна в схеме как просвечивания, так и отражения. Во втором случае пучок света должен быть слегка наклонен относительно нормали к поверхности образца, чтобы отраженный пучок отделялся от падающего на поверхность. Однако такая непосредственная регистрация теневых картин редко применяется на практике. Теневые картины обычно регистрируют с помощью фотокамеры (например, с помощью обычной 35-мм камеры). Когда используются теневые оптические установки с расходящимися или параллельными лучами, необходимы дополнительные линзы, чтобы сфокусировать свет в объектив камеры. В случае сходящихся лучей света камера располагается непосредственно в точке их схождения. Регистрирующие устройства для расходящегося, параллельного и сходящегося пучков света вместе с соответствующими системами освещения показаны на рис. 9.28. Для регистрации теневых оптических картин в определенной плоскости фотокамера фокусируется на эту плоскость. Нет необходимости применять специальный экран, расположенный в плоскости регистрации. Регистрация теневых картин с помощью фотокамеры выгодна в случаях как действительных, так и мнимых изображений. Во втором случае необходимо только сфокусировать камеру на плоскость мнимого изображения (плоскости мнимых изображений на рис. 9.28 не показаны).

Масштабный коэффициент для непараллельных пучков света

Когда используются оптические схемы с расходящимися и сходящимися лучами света, уравнения проецирования и уравнения каустик уже не имеют столь простой формы, как для параллельных пучков, и должны быть модифицированы. Рис. 9.29 иллюстрирует процесс проецирования лучей для непараллельного пучка света. Как и на рис. 9.5, рассмотрим схему наблюдения действительного изображения теневой картины. Неотклоненный луч, пересекающий плоскость объекта в точке Р(г), не попадает на плотность изображения в точке Р'_пЛ с г'_пЛ = г, как и в случае с параллельным пучком (рис. 9.5), однако он попадает в плоскости изображения в точку Р^/_ПС! с г'_пА = тг (рис. 9.29), где

для расходящегося пучка и