192 | Phys. Unserer Zeit | 4/2006 (37) www.phiuz.de © 2006 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

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PH YS I K G E S T E R N U N D H EU T E |Visualisierung mit der Schlierenmethode Der Name des österreichischen Forschers Ernst Mach ist heute noch mitder Schallgeschwindigkeit verbunden. Diese Auszeichnung resultiertaus Machs Untersuchungen, wie sich Projektile mit Überschall-geschwindigkeit durch die Luft bewegen. Gerade in jüngster Zeit hat dieAnwendung derartiger Methoden durch technische Modifikationenwieder einen Aufschwung erfahren.

Erfunden hat die SchlierenmethodeAugust Toepler. Anfang der 1860er-Jahre publiziert er seine Ergebnissein Form einer Broschüre, nachdemder Abdruck der Abhandlung inZeitschriften abgelehnt worden war.Toepler wollte ursprünglich optischeFehler in Linsen untersuchen, diesich beim Einsatz in Teleskopen alsAbbildungsfehler auswirkten. Bereitsin der von ihm 1864 herausgegebe-nen Broschüre diskutierte Toepleraber auch die Beobachtung beidynamischen Phänomenen wieFlammen oder elektrischen Entladun-gen.

Vom physikalischen Hintergrundähneln Toeplers Experimente denenMarats, in denen dieser imponderableSubstanzen sichtbar machen wollte(Physik in unserer Zeit 2001, 32 (5),230). Beide ließen Unterschiede inder optischen Dichte erkennbar wer-den. Allerdings verwendete Toeplereine punktförmige Lichtquelle, deren

Licht er zunächst durch eine Sammel-linse fokussierte und mittels einer inden Brennpunkt gebrachten Schnei-de ausblendete. Wenn sich nun in ei-nem Bereich des Lichtkegels die op-tische Dichte ändert, dann verschiebtsich für die diesen Bereich passieren-den Strahlen der Brennpunkt. Folg-lich werden diese Strahlen durch dieSchneide nicht ausgeblendet underscheinen als heller Bereich.

Mach griff auf die von Toeplerbeschriebene Methode zurück, als erdas Verhalten sehr schneller Ge-schosse untersuchen wollte. Hinter-grund seiner Experimente war dieFrage, wie die durch die neuartigenHochgeschwindigkeitsgeschossehervorgerufenen Verwundungen zuerklären wären. Der belgische Physi-ker Louis Melsens hatte diese Verlet-zungen als Resultat einer vor demProjektil mitgeführten Luftschichtaufgefasst. Diese wollte Mach in sei-nen Experimenten sichtbar machen.

Als Lichtquelle sollte ein elektri-scher Funken dienen, der dadurchausgelöst wurde, dass das Projektileine zweite Funkenstrecke durch-flog. Mach scheiterte aber zunächstmit seinen Experimenten, da er nichtüber Waffen mit ausreichenderMündungsgeschwindigkeit verfügte.Daher zog er den Physiker PeterSalcher hinzu, der an einer Militär-akademie tätig war und hierdurchZugang zu den entsprechendenWaffen hatte. Zudem verfügte Sal-cher über fotografische Erfahrungenund war auch mit der Schlieren-methode ein wenig vertraut.

Salcher führte 1886/87 dieExperimente durch, wobei dieentstehenden Bilder mit gerade erstentwickelten, sehr lichtempfind-lichen Filmen aufgenommen wurden.Somit gelang es, erstmals die Luft-strömungen um Projektile sichtbar zumachen.

Dieses Verfahren ist auch heutenoch relevant. Gerade in den letztenJahren hat sich durch den Einsatzvon Hochgeschwindigkeitskamerassowie veränderten Beleuchtungsvor-richtungen die Möglichkeit ergeben,auch größere Versuchsaufbauten zuverwenden. So kann jetzt in Experi-menten beispielsweise die Ausbrei-tung von Druckwellen nach Spreng-stoffexplosionen untersucht werden.Daneben können mit entsprechen-den Untersuchungen auch foren-sische (Schmauch-)Spuren differen-zierter ausgewertet werden.

Literatur[1] C. Hoffmann, P. Berz, Über Schall: Ernst

Machs und Peter Salchers Geschossfoto-grafien, Wallstein, Göttingen 2001.

[2] A. Toepler, Beobachtungen nach einerneuen optischen Methode, Ostwald’sKlassiker der Exakten NaturwissenschaftenNr. 157, Engelmann, Leipzig 1906.

[3] G. S. Settles, Schlieren and shadowgraphtechniques, Springer, Berlin 2001.

Internetpluslucis.univie.ac.at/PlusLucis/031/s22.pdf,www.sciencenews.org/articles/20060408/bob9.asp

Peter Heering, Universität Augsburg

Abb.1 Schlieren-aufnahme einesGewehrschusses.Erkennbar sinddas Projektil mitseinem Luftkegel,die sich konzen-trisch ausbreiten-de Schallwellesowie die austre-tenden Gase.(Foto: G. Settles,Penn State Univer-sity)