Шлирен-метод позволяет увидеть невидимые глазу изменения в прозрачных средах, такие как тепловые потоки, перепады давления или изменения состава воздуха. В своём новом материале ведущий популярного научно-популярного канала Veritasium Дерек Маллер демонстрирует продвинутую версию этой технологии — цветную шлирен-съёмку. Экспериментируя с фольгой, цветными фильтрами и даже горящими пинг-понговыми шариками, он наглядно объясняет тонкости работы оптической установки и отвечает на вопросы зрителей.
🔍 Оптические споры: парабола против сферы 0:00
Дерек Маллер начинает с разбора отзывов к своему прошлому видео о шлирен-методе. Эта технология улавливает тончайшие изменения среды, позволяя заметить даже тепло, исходящее от зажжённой спички. Однако внимательные зрители упрекнули ведущего в геометрическом противоречии: в прошлый раз он назвал используемое зеркало параболическим, но добавил, что его можно представить как часть сферы.
Маллер признаёт, что строго математически это разные фигуры, однако на практике используемый сегмент настолько мал, что обе формы практически идентичны. По его ироничному замечанию, параболическое вогнутое зеркало является отличным приближением для сферического, и это допущение в разы точнее, чем классическая физическая шутка про аппроксимацию коровы идеальной сферой.
💡 Секрет сверхъяркого луча и укрощение света 1:09
Второй важный вопрос аудитории касался освещения: как один маленький светодиод позволяет вести съёмку на высокой частоте 2000 кадров в секунду? Дерек Маллер делится, что изначально сам сомневался в успехе и пытался найти самые мощные фонари. Фокусное расстояние его зеркала составляет 1,8 метра, а значит, отражённый свет сходится в центре кривизны на расстоянии 3,6 метра.
Продемонстрировав схождение луча на обычной карточке, ведущий показывает, насколько ярким и четким получается световое пятно даже при солнечном дневном свете на улице. Тем не менее, обычный фонарь не даёт идеальной картинки из-за слишком большого размера источника света. Решением стало оборачивание фонаря фольгой с крошечным отверстием в центре, что превратило его в точечный источник. Картинка потеряла в общей яркости, но шлирен-эффект стал гораздо чётче. Направленный прямо в объектив камеры поток формирует изображение достаточной яркости.
🔪 Лезвие бритвы и магия цветных фильтров 2:59
Для чего в классической схеме нужно лезвие бритвы, если весь свет и так возвращается из зеркала обратно в фокальную точку? Маллер объясняет, что изменения коэффициента преломления воздуха ничтожно малы, и свет отклоняется лишь на микроскопические доли градуса. Если перекрыть лезвием бритвы ровно половину светового пятна в фокусе, то лучи, которые отклонились из-за неоднородностей воздуха, будут отсекаться сильнее. Это резко повышает контрастность итогового изображения.
🌈 Альтернатива в цвете
В качестве альтернативы лезвию зрители предложили использовать цветные фильтры. Маллер взял два куска целлофана разных цветов — маджента (пурпурный) и циан (голубой) — и поместил границу между ними ровно в фокальную точку луча. При тестировании с прозрачным гелиевым шариком выяснилось, что легкое преломление света заставляет лучи вместо пурпурной стороны проходить через голубую. В результате шарик окрашивается в контрастные цвета. Особо зрелищным оказался момент взрыва шарика: освобождённый гелий на мгновение сохраняет исходную форму сферы и устремляется вверх.
🔥 Газ, мыльные пузыри и огненный пинг-понг 4:48
По советам подписчиков Дерек провел серию уникальных оптических тестов:
- Зажигалка для барбекю: ведущий выпустил газ и поджёг его спичкой, зафиксировав, как пламя движется вверх по невидимой газовой струе.
- Мыльные пузыри: Маллер продемонстрировал выдувание пузыря, внутри и вокруг которого переливались радужные шлирен-структуры.
- Горящий теннисный мяч: для этого опыта использовался профессиональный турнирный мячик, отличающийся высокой горючестью. В кадре это превратилось в завораживающий танец огненных потоков.
Каждый из этих экспериментов наглядно раскрывает динамику газов, абсолютно невидимую в обычных условиях.
🔊 Почему не удалось увидеть звук? 6:13
Многие предложения зрителей были связаны со звуковыми волнами, например, попыткой зафиксировать хлопок в ладоши. Однако Дерек Маллер признаёт, что увидеть ударную волну от хлопка даже на скорости 2000 кадров в секунду невероятно сложно. Поскольку скорость звука превышает 300 метров в секунду, волна успевает пролететь через кадр всего за одну или две единицы затвора.
То, что зритель видит при хлопке, — это лишь потоки воздуха, выталкиваемые пальцами, но не сам звук. Для полноценной шлирен-съёмки звука ведущему придётся привлечь дополнительную помощь в будущих выпусках.
✈️ Путевые заметки и оптимизация жизни с Audible 6:52
В завершение выпуска Дерек благодарит зрителей за идеи и делится планами на перелёт в Австралию. В самолёте он планирует слушать аудиокнигу от спонсора выпуска — сервиса Audible. На данный момент ведущий изучает произведение «Algorithms to Live By» («Алгоритмы для жизни»), посвященное пересечению компьютерных наук и процессов принятия решений человеком.
Маллер признаётся, что искренне увлечён темой оптимизации жизни и компьютерными науками. По его словам, качественная аудиокнига способна превратить скучную рутинную поездку в увлекательное времяпрепровождение, которого начинаешь ждать с нетерпением. Кроме того, в честь своего 20-летия сервис Audible проводит конкурс среди слушателей с возможностью выиграть один из 20 внедорожников Volvo.
