ROLE DU DIAPHRAGME DANS LA MÉTHODE STRIOSCOPIQUE

(Forme — Dimensions — Orientation)

Avant de poursuivre ce travail, basé principalement sur des striogrammes, il convenait de bien préciser le rôle du diaphragme dans la méthode des stries. À cet effet nous avons comparé systématiquement différents types de diaphragme, nous avons montré comment on pouvait interpréter les résultats donnés par chacun d’eux et tâché de préciser leurs avantages respectifs.

22,1 Diaphragmes rectilignes.

H. SCHARDIN [16] a utilisé une fente de lumière rectangulaire de brillance constante et un couteau à arête vive, parfaitement droite, et parallèle au grand côté du rectangle image. Supposons que ce couteau cache exactement celleci (fig. 45).

Les rayons de lumière réfractés dans la direction perpendiculaire au bord aigu et dans le sens opposé à la lame sont seuls visibles. Les variations d'indice de réfraction apparaissent sous forme de taches (des « stries », suivant le terme consacré) claires sur fond noir.

Supposons, au contraire, que le couteau est amené à une petite distance du bord de l’image et laisse ainsi passer une partie de la lumière (fig. 46).

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Direction et sens des déviations visibles

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Les rayons de lumière réfractés dans les deux sens de la direction perpendiculaire au bord du couteau sont alors visibles et, ils donnent, suivant le cas, des « stries », soit plus claires, soit plus sombres que le fond uniforme.

Certains auteurs indiquent comme diaphragme, non plus un couteau, mais un petit écran ayant mêmes forme et dimensions que l’image de la source. Ainsi, considérons une source de lumière de forme rectangulaire et son image, le diaphragme, également rectangulaire, peut être soit de même largeur (jig. 47), soit légèrement plus étroit que l’image lumineuse (Jig. 48).

Ce système équivaut, en fait, à un montage avec deux couteaux inversement placés, l’un donnant le négatif de l’autre.

Dans le cas de la figure 47, où le diaphragme couvre entièrement le rectangle image, considérons une direction de réfraction perpendiculaire aux bords aigus et orientés vers le haut, par exemple (fig. 49).

Le faisceau de rayons lumineux traversant le phénomène en question, de a-b va venir en «a-b’, et la partie b-b’, primitivement cachée par le diaphragme, ‘a devenir visible. Les stries apparaîtront claires sur fond noir.

Si nous considérons la même direction et le même sens de réfraction dans le cas (fig. 48) où le rectangle image est plus large que le diaphragme (Jig. 50), les parties a-c et d-b sont déjà visibles et donnent un léger éclairement à l’œil de l'observateur.

Lorsque a-b passe en a’-b’, a-c disparaît, et l’éclairement de fond est augmenté par les rayons lumineux compris entre b-b’ et diminué de ceux qui passaient par a-c (a-c est plus petit que b-b’ tant que la déviation est plus importante que la largeur primitive de l’image émergeant de l’écran). Ainsi, les stries apparaîtront claires sur un fond uniforme et d'autant plus contrastées que l'épaisseur de l’image émergeant du diaphragme est plus étroite.

Remarquons que si nous avions considéré une réfraction de même direction mais de sens opposé, c’est-à-dire dirigée vers le bas, les résultats auraient été les mêmes.

Nous avons photographié la répartition des pressions dans un champ aérodynamique et dans un faisceau d’ondes ultra-sonores pour illustrer la différence d'aspect qu'offre un striogramme, avec couteau, et celui réalisé avec un diaphragme rectangulaire.

Photographies.

Les conditions expérimentales sont les mêmes que celles du paragraphe Le précédent (2,1).

a) Faisceau d'ultra-sons.

On peul remarquer que le système à couteau (fig. 51 et 52) donne une strie claire suivie d’une strie sombre, pour chaque longueur d'onde, celles-ci correspondant à la variation sinusoïdale de la pression dans le faisceau ultrasonore, alors que le système à double couteau (fig. 53 et 54) donne deux stries

Fig. 51. — Ondes progressives Fig. 52 - Ondes stationnaires

Système à couteau disposé horizontalement

Fig. 53. — Ondes progressives Fig. 54. — Ondes stationnaires

Système à diaphragme rectangulaire disposé horizontalement

AD

claires pour le même espacement, les variations de sens inverses dans la répartition des pressions donnant toujours une augmentation d’éclairement (remarquer que dans la fig. 53 les deux systèmes de stries données par les deux bords de l'écran ne sont pas de même intensité car il est difficile d’égaliser la sensibilité

des deux côtés simultanément).

b) Champ aérodynamique autour d'un cylindre.

On peut remarquer dans la figure 55 l’inversion de la couleur des stries par rapport à l’axe central et horizontal de la maquette. Le champ de pressions autour de la maquette étant symétrique par rapport à cet axe, les gradients verticaux sont également symétriques par rapport à lui; il s'ensuit que les rayons lumineux sont réfractés, soit en haut, soit en bas, suivant que l’on se trouve dans

Fig. 55 — V = 80,5 m/s Fig. 56. — V = 80,5 m/s Système à couteau horizontal Système à diaphragme rectangulaire

disposé horizontalement

la zone supérieure ou dans la zone inférieure; ils sont donc interceptés ou non par le bord du couteau, d’où l'aspect clair ou sombre des stries symétriquement placées.

ar contre, dans la figure 56, l'aspect des stries ne variant pas en fonction du sens de réfraction, la répartition des tons est symétrique par rapport à l’axe central.

Orientation du diaphragme.

Les diaphragmes rectilignes, considérés jusqu’à présent, ne permettent de voir que les réfractions normales à l’arête vive, si bien que pour visualiser, par exemple, un faisceau d’ultra-sons se réfléchissant sur un plan à 45°, deux clichés sont nécessaires : l’un, l’arête vive disposée horizontalement, visualisant les composantes verticales des gradients de pression, l’autre, l’arête verticale, visualisant les composantes horizontales. On peut imaginer un système à deux couteaux simultanément horizontal et vertical, leur bord déterminant ainsi un c ole Se SP Re RO $ ces ; re ë : 5, s ingle droit; toutefois, il existe toujours une direction dans laquelle l'éclairage

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Fig. 57. — Couteau horizontal

Fig, 59. — Couteau à 45°

Fig. 58. — Couteau vertical

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Fig, 60. Diaphragme rectiligne horizontal Fig. 61. —- Diaphragme rectiligne à 45° Le] I Le] Led La]

Fig, 62, — Couteau à 45° Fig. 63. — Couteau à 135°

(Parallèle au plan) (Perpendiculaire au plan)

Fig. 64. — Couteau horizontal Fig. 65. — Couteau vertical

Fig. 66. — Couteau horizontal Fig. 67. — Couteau vertical

V = 43 m/s (premier régime d'écoulement)

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produit par une réfraction normale au bord de l’un des couteaux est exactement compensé par le noircissement produit par l’autre, de sorte que, dans cette direction, toute réfraction devient invisible et qu’un dispositif de ce genre revient à

employer un bord oblique.

a) Faisceau d'ultra-sons (23 kc/s).

. . A r x pes >=

En prenant plusieurs striogrammes d’un même phénomène, on voit qu il

est possible de sélectionner une direction de réfraction donnée (jig. 57, 58, 60) ou d’avoir simultanément deux directions (fig. 59 et 61).

En éclairage continu (deux stries claires consécutives étant espacées de

ce. voir [37]) (voir fig. 62 et 63).

On peut remarquer que la strie claire qui se trouve au voisinage immédiat du plan, dans la figure 62, fait place à une strie sombre dans la figure 63; les stries sont donc inversement placées car la direction de déviation visualisée est

retournée de 90°.

Avec un faisceau d’ultra-sons (77 kc/s).

Remarquer que la direction de réfraction normale à l’arête du couteau n’est pas seule visualisée et qu’avec un couteau placé horizontalement les stries ultra-sonores verticales apparaissent faiblement (fig. 64), et inversement pour le couteau placé verticalement (fig. 65). Ceci est dû à la légère conicité du faisceau lumineux traversant le phénomene.

b) Champ aérodynamique autour dun cylindre (fig. 66 à 71).

2,2.2 Diaphragmes circulaires.

On peut réaliser des diaphragmes qui permettent d'observer toutes directions de réfraction; ainsi, avec une source lumineuse de forme circulaire, en cachant toute la lumière directe de l’image par un disque circulaire de même diamètre, toute réfraction dans l’objet étudié, quelle que soit sa direction, produit alors un éclairement. Comme précédemment, nous l'avons fait pour une fente; on peut encore donner au diaphragme un diamètre légèrement plus petit que celui de l’image lumineuse et, ainsi, les stries apparaîtront claires et sombres sur un fond légèrement éclairé.

On remarquera que pour une dimension de diaphragme donnée, le système à disque circulaire est légèrement moins sensible que le système à écran rectiligne. En effet, pour une direction de réfraction donnée, la largeur de l’écran circulaire diminue lorsqu'on s'éloigne du centre vers l'extérieur, et ainsi le nombre de rayons lumineux sujets à réfraction est, au voisinage des bords, inférieur au nombre de ceux de la partie centrale.

Fig. 68. — Couteau à 45° Fig. 69. — Diaphragme rectiligne à 45° V = 43 m/s (premier régime d'écoulement)