БНБ "БРОКГАУЗ И ЕФРОН" (121188) - Photogallery - Естественные науки - Математика - Технология
|
Освещение маяковОпределение "Освещение маяков" в словаре Брокгауза и Ефрона
Освещение маяков
Общий недостаток таких катоптрических приборов — собирать лишь некоторую часть лучей — виден из фигуры 3, в которой пунктиром начерчены лучи, идущие пучком в желаемом направлении, а сплошной чертой лучи, пропадающие даром.
Диоптрические приборы, введенные впервые Френелем в 1819—22 г., совершили переворот в деле маячного освещения. Основные части, из которых Френель составлял свои приборы, следующие: 1) ступенчатые собирающие стекла. Эти стекла, предложенные впервые Бюффоном в 1748 г., состоят из центральной плосковыпуклой чечевицы и нескольких окружающих ее концентрических колец, задняя поверхность которых тоже плоская, а передняя отшлифована по шаровым поверхностям. Фиг. 4 представляет сечение такой чечевицы; угол ВАС может доходить до 74°.
Такое расположение выгодно отличается тем от обыкновенной плосковыпуклой чечевицы, что, будучи правильно рассчитано, почти не имеет сферической аберрации (см. Оптические стекла) и посылает лучи, исходящие из А, почти параллельным пучком. Обыкновенно такой ступенчатой системе придают вид прямоугольника (см. фиг. 4); соединив несколько таких прямоугольников, получают многоугольную, обыкновенно 8-угольную замкнутую призму (тамбур или барабан), внутри которой на оси ее помещается источник света; таким путем получается ряд равноотстоящих параллельных пучков. Более равномерное веерообразное распределение получается с помощью 2) ступенчатых цилиндров. Если вращать профиль ступенчатого стекла вокруг линии, проходящей перпендикулярно его оси через фокус стекла, то получится бочонкообразный полый цилиндр; помещенный внутри его на оси источник света даст равномерный горизонтальный веерообразный пучок, вроде как прибор Марсе. Вертикальное сечение ступенчатого цилиндра изображено на фиг. 5.
Как ступенчатые стекла, так и ступенчатые цилиндры шлифуются не из одного куска, но, по предложению Френеля, составляются из многих отдельных частей, порознь приготовленных. 3) Призматические кольца с полным внутренним отражением. Представим себе (фиг. 6) кольцо, которого сечение есть ABC, при определенном положении его относительно лампы S можно углы его А, В, С рассчитать так, что пучок лучей, попадающий на нижнюю грань AB, благодаря преломлению у AB, полному внутреннему отражению у ВС и новому преломлению у АС из АС выйдет параллельным пучком; такое призматическое кольцо равносильно, следовательно, узкому элементу ступенчатого цилиндра.
Из этих основных элементов Френель раньше всего скомбинировал оптические маячные системы для веерообразного О. всего горизонта. Для этого он строил восьми или десятигранный барабан из ступенчатых стекол; такой барабан захватывал и направлял все лучи, выходящие из источника под углом в 45° — 75°; почти все остальные лучи перехватывались и направлялись либо рядом кольцевых зеркал с параболическим сечением, либо рядом призматических колец. Прибор первого рода изображен в разрезе на фиг. 7, прибор второго рода на фиг. 8.
Приборы Френеля для О. всего горизонта остались основными типами для такого рода маячных оптических приборов; современные приборы этого рода лишь в деталях отличаются от приборов Френеля. Значительному усовершенствованию подверглись, однако, в Англии системы для направления всего света параллельным пучком в одном определенном направлении: работы А. Стивенсона по этому вопросу привели к изобретению и устройству голофотных систем. Голофоты Стивенсона вполне окружают горелку, так что только те лучи не попадают по назначению, которые идут по направлению самой горелки вниз или вверх. Первый голофот Стивенсона (катадиоптрический) состоял из отражающего параболоида с усеченной через фокус его верхушкой, из отражающего полушара с центром в фокусе параболы и из ступенчатого стекла (фиг. 9).
Параболическое зеркало и ступенчатое стекло направляют все передние лучи параллельным пучком, а зеркальная сфера отражает и все задние лучи частью на стекло, частью на параболоид, дающие им то же направление (маяк в Петерсгиде, в Англии, в 1849 г., и др.). Ввиду трудности приготовления сплошных больших параболоидов Стивенсон впоследствии составлял их из частей (несколько маяков в Англии с 1851 г.), но затем оставил их и пришел к типу фиг. 10, в котором параболоид заменен полусферой, примыкающей к ступенчатому стеклу (маяк в Сингапуре).
Здесь полусферическое зеркало заменено стеклянной отлитой полусферой из призматических колец с полным внутренним отражением, а цельное ступенчатое стекло таковым же меньшого диаметра и рядом призматических колец. Даже в лучших голофотах полное количество света, из за различных потерь, не удваивается от прибавления задней отражающей полусферы, а увеличивается лишь приблизительно на 38 %. Множество предложенных сверх того Стивенсоном, Чансом, Сваном и другими оптических маячных систем представляют лишь более или менее видоизмененные комбинации описанных основных катоптрических и диоптрических элементов, приспособленные соответствующим образом для каждого отдельного случая устройства маяка. Иногда такие комбинации должны удовлетворять весьма сложным заданиям, напр. распределять весь свет по нескольким определенным направлениям в разной степени интенсивности; такие задачи решаются конструкторами для каждого случая в отдельности. Из более часто встречающихся случаев отметим следующий. Иногда случается, что на том месте, откуда должен исходить свет, невозможно поставить маяк. Тогда там ставят "отражательный знак" — плоское зеркало, снабжаемое иногда и ступенчатым стеклом, на которое направляют параллельный пучок света с маяка, расположенного в удобном месте на береге (фиг. 12), и которое само уже дает этому пучку, желаемое направление; такой "отражательный знак" поставлен на Потаповском моле в Одессе и освещается голофотом с Ришельевского маяка (см. Маяки).
Вопрос об О., даваемом маяками, и о видимости их трактуется весьма различно и не вполне еще разработан. Сила О., равномерно пo всем направлениям свободно распространяющегося света, убывает обратно пропорционально квадратам расстояний от источника света; когда эта сила падет ниже некоторой определенной величины, источник света делается невидимым для глаза. Если за единицу расстояния принять километр, а за единицу света — карсель, то для нормального зоркого глаза предел замечаемого О. есть 0,01, т. е. свет от одного карселя на расстоянии 10 км (1/10 2 = 0,01). Это дало бы простой расчет для видимости маяка (маяк силой в S карс. виден на расстоянии х км., которое получается из уравнения S/x2 = 0,01), если бы воздух был всегда и совершенно прозрачен. Между тем прозрачность воздуха, т. е. дробь 1/p, которая показывает, какая часть света проникает через слой толщиной в единицу, напр. 1 км., весьма сильно меняется и от 1 (прозрачный воздух) доходит иногда до 0 (сильный туман). Через слой в х км. до какой- нибудь точки пройдет лишь (1/ p)x того количества света, которое дошло бы через абсолютно прозрачный воздух, т. е. (1/ p)x∙S/x2. Приравняв эту величину пределу видимости (0,01) можно, зная S и р, определить х — видимость маяка; так, напр., если S = 8 карc., а 1/ p для данной погоды (туман) равна 1/2, то х получается из уравнения (1/ 2)x ∙8/x = 0,01 равным 5 км. Отсюда видно, что дальность видимости чрезвычайно сильно зависит от атмосферных условий; поэтому иногда, наоборот, состояние атмосферы выражают в дальности видимости какого-либо определенного источника света, напр. 1 карселя; наблюдения над видимостью маяков и производятся на многих прибрежных станциях для определения прозрачности атмосферы при различных условиях. Так как прозрачность (1/p) весьма сильно меняется, то (по Аллару) условились принимать три степени прозрачности, а, следовательно, и три степени видимости маяка. Средняя дальность видимости есть то наибольшее расстояние, с которого маяк может быть виден в течение половины всех дней в году, малая же и большая дальность соответствуют наименьшему и наибольшему расстоянию, с которых маяк может быть виден в течение 1/12 всех дней в году. На берегах Франции (по Аллару), напр., у одного из огней в 900 карселей эти три дальности видимости равны 19, 39 и 77 км.; по этим данным легко рассчитать и соответствующие величины 1/p. Опыты, правда довольно несовершенные, над зависимостью дальности видимости от цвета источника показали, что при равной интенсивности и прочих равных условиях красный свет виден лучше всех других. Кроме того, видимость маяка может быть ограничена благодаря сферической форме земли; эта "географическая" (в противоположность "оптической") видимость зависит от высоты маяка; так, один и тот же маячный огонь, расположенный на высоте 200 м., будет виден еще на расстоянии 60 км., между тем он же, расположенный на высоте 50 м., будет виден не дальше 34 км.; в легкой степени географическая видимость зависит и от рефракции (см.), и от высоты наблюдателя. Что касается приборов, посылающих параллельный пучок света в определенном направлении, напр. голофотов, то, предполагая полную параллельность лучей, мы придем к заключению, что видимость такого маяка обусловливается единственно прозрачностью воздуха. Ступенчатые стекла Френеля испускают свет, который дает О. изменяющееся в весьма сложной зависимости от расстояния освещаемой поверхности от маячного огня. Опыт показывает, что О. центральной частью пучка света, исходящего из френелевского ступенчатого аппарата, увеличивается с увеличением расстояния освещаемого предмета до некоторого, впрочем, недалекого предела: наибольшая сила О. обнаруживается всего в 80—150 м. расстояния от стекла. С дальнейшим увеличением расстояния О. ослабевает в зависимости не только от неизбежной расходимости лучей, но и от становящегося заметным поглощения их атмосферой. Некоторые подробности о распределении силы в полном пучке света, испускаемого ступенчатыми стеклами, см. Стекла ступенчатые. Сравнение силы О. в 100 м. расстояния от прибора показало, что увеличение собственно силы света лампы той или другой системы, пламя которой помещено в фокусе аппарата, в разных маячных приборах очень неодинаково. При употреблении керосиновой лампы с 5 концентрическими светильнями в фонаре 1-го разряда (1, 85 м. в поперечнике) О. фонарем в 100 м. расстояния в 34 раза сильнее О. непосредственно лампой, а такая же лампа в аппарате, имеющем 0,5 м. в поперечнике, получает усиление только в 7 раз. На таком же расстоянии электрический свет силой в 125 карселей получает напряженность в 14800 карс. (т. е. в 118 раз более), выходя из одной грани десятигранного френелевского аппарата. В новейших приборах эта сила света, подобным образом измеренного, превосходит 100000 карселей. О видимости перемежающегося О., о потере света в маячных оптических аппаратах, об устройстве вращающихся приборов, дающих перемежающееся О. — см. специальные сочинения.
б) Плавучие: 1) с электрическим освещением: Либавский (бел.). 2) с освщением нефтяным маслом, с аппаратами Френеля.
Ревельстейн (бел.) — 8 ламп.
Мариупольский (красн.) — 1 фонарь.
Красноводский (бел.) — 8 ламп.
б) Плавучий маяк. — Северно-Двинский (красн. и бел. огни), с френелевским аппаратом VI разряда.
Петропавловский (бел.) — 14 ламп.
Литература. Fresnel, "Mémoire sur un nouveau système d'é clairage des phares" (П 1822); Stevenson, "Treatise on the History, Construction and illumination of Light houses" (Л., 1880); Thos. Stevenson, "Light house illumination" (3-е изд., Л., 1881; нем. перев. Nehls'a со 2 изд., Ганновер, 1878); Allard, "M émoire sur l'intensité et la portée des phares" ("Anales des Ponts et Chaussées", 1876); Баженов, "Маяки, их осветительные аппараты и звуковые приборы" (СПб., 1884). Расчет осветительной силы параболических отражательных приборов можно найти в "Осветительная способность прожекторов" В. Чиколева и В. Тюрина (СПб., 1892).
Статья про "Освещение маяков" в словаре Брокгауза и Ефрона была прочитана 2367 раз |
TOP 15
|
|||||||