Пиротехнический фотомерт

Для определения силы света фигурных свечей и бенгальских огней может служить особый пиротехнический фотометр. Этот прибор имеет простое устройство и может быть изготовлен обыкновенным столяром. Сила света, падающего от источника света на какую нибудь поверхность, обратно пропорциональна квадрату расстояния этой поверхности от источника света; следовательно если по прямой линии, лежащей между двумя источниками света, например стеариновой свечей и керосиновой лампой поставить прямую призму с верхними наклонными симметричными гранями, то эти грани будут освещаться источниками света с различной яркостью, смотря по силе света источников и расстоянию их от верхней грани призмы. Подвигая эту призму по соединяющей источники света прямой, можно найти такое место, на котором оба источника дадут одинаковую яркость освещения:, в этом случай призма будет приближена к слабому источнику света на столько, что квадрат этого расстояния будет во столько раз меньше квадрата расстояния до сильного источника, во сколько раз слабый источник слабее сильного. Если например, расстояние между серединами лампы и свечи равна 1 саж. и освещаемую призму нужно поставить для равномерного освещения боковых поверхностей на 0,25 саж от свечки и 0,75 саж. от лампы, то сила света их будет обратно пропорциональна квадратам расстоянии 0,75 и 0,25 или 3 и 1, т. е. 9:1; значит лампа равна по яркости 9 свечам. Если освещаемые поверхности покроем цветной бумагой, то можем сравнить степень яркости освещения данного цвета. На этой идее построен описываемый фотометр. В него входят: планка длиною в 1 саж. 2 дюйма; верхняя ее часть выдается выступом со скошенными внутрь краями; на этот выступ надвигается призма, которая должна свободно двигаться вдоль планки, но не спадать с нее. Верхние поверхности призмы и соструганы под углом в 45° к высоте призмы, образующая симметричные площадки; на них можно накладывать полоски цветной бумаги требуемого цвета (лучше матовые); прижимать их к призме удобнее всего резиновыми кольцами, натягиваемыми на нижнее основание призмы. Для точной оценки равномерности освещения поверхностей и, над ними расположена дощечка с конической дырочкой не шире 0,25 дюйма в узком конце и закраинами, не допускающими для глаза наблюдателя бокового света. Для прикрепления дощечки к призме служат стойки они нижними концами плотно прикрепляются к призме двумя парами винтов стойки и дощечка разбираются для удобства хранения и перевозки. Высота призмы до верхнего ребра 5, ширина 3 и толщина 1,5 вершка; расстояние от верхнего края призмы до дощечки 4 вершка. Для установки испытываемой фигурной свечи служит подставка с круглой дырочкой, в которую плотно вдвигается свеча; подставка вставляется шипом в планку, надвигаемую на выступ планки посредством соответствующего паза и закрепляемую на мест деревянной шпилькой. Высота подставки рассчитана так, чтобы в собранном приборе дырочка была наравне с верхним ребром подвижной призмы. Для собирания раскаленных шлаков, падающих с горящей свечи, на подставку надевается ушком жестяной лоток, наполненный до половины песком, длиной в 7 дм., шириной в 3 дм. и вытотой в 1 дм.. Для поддержки лотка с песком, в передний бок планки вдвигается планочка. Боковая подставка для свечи делается также разборной. Основная планка разделена на 200 сантиметров; боковые планки с подставками для фигурных свеч надеваются так, чтобы средние черточки на них, означающая середину свечной подставки, совпадали с крайними черточками планки означающими начала деления. Часто на один конец основной планки надвигается планка не со стойкой для фигурной свечи, а с круглой дощечкой для подсвечника со стеариновой свечей, центр которой приходится на средней линии. Для более точного определения расстояния по основной планке, на нижней части подвижной призмы от ее середины намечены в каждую сторону сантиметры с разделениями их на миллиметры. Таким образом при любом положении призмы можно отсчитать расстояние середины ее от начала деления с точностью до одного миллиметра.

Употребления прибора весьма просто: в стойку, поставленную на конце основной планки, помеченной цифрой 200 вставляют испытываемую фигурную свечу; на другой конец основной планки помещают стеариновую свечу такой длины, чтобы пламя ее было на одной высоте с верхним ребром средней призмы. После этого зажигают фигурную свечу и наблюдают через дырочку за освещением верхних поверхностей подвижной призмы, подвигая ее к тому или другому концу, пока освещение обеих поверхностей будет совершенно одинаково.

По окончании опыта читают по шкале расстояние, на котором находится средина призмы от края основной планки со стеариновой свечей; это расстояние покажет силу света испытываемой фигурной свечи помощью особой таблицы. Для отстранения влияния постороннего освещения прибора, все части его окрашены черной матовой краской.

Итак, если расстояние между источниками света назовем через а (в настоящем прибор 0=200 сант.), расстояние от испытываемой фигурной свечи до освещаемой поверхности (до верхнего ребра подвижной призмы) через х, то расстояние этого ребра до стеариновой свечи будет а-х. Приняв силу света стеариновой свечи за 1-цу и означив силу света фигурной свечи через b таких единиц, можно выразить зависимость силы света от расстояния пропорцией b:1=(а-х)^2:x^2, в которой переменные величины b и х. Решив эту пропорцию относительно x, получим:

bx^2=(a-x)^2
bx^2=a^2-2ax+x^2
(b-1)x^2+2ax-a^2=0
x^2+((2a)/(b-1))*x-((a^2)/(b-1))=0
x=-(a/(b-1)±sqrt((a^2/(b-1))+((a^2/(b-1)))или
x=-(a/(b-1)±sqrt((a^2+a^2(b-1))/(b-1^2))или
x=-(a±sqrt(a^2+a^2b-a^2))/b-1
x=-a/(b-1)(1±sqrt(b))

В выражении 1±sqrt(b) мы возьмем один нижний знак, так как другой знак даст точку равно освещенную вне прямой, нам не нужную; след. для вычисления расстояния х будем иметь формулу 

x=-a/(b-1)(1-sqrt(b))=a*(sqrt(b)-10)/(b-1)

где а постоянно число 200, b — определяемая сила света в единицах, выражаемых силою другого источника, например, стеариновой свечи, а х — расстояние верхнего ребра подвижной призмы от испытываемого источника света. Вычисление этой формулы даст следующую таблицу, по которой можно прямо переходить от расстояния до призмы к силе испытываемого света.

Если например, при испытании силы света фигурной свечи подвижная призма остановилась на 80 сантиметров от стеариновой свечи, то таблица показывает, что сила испытываемого света составляет 2,25 свечи. Если при произведенном опыт призма установится на 138 сантиметров, то это покажет, что фигурная свеча темнее стеариновой и расстояние ее от призмы будет 200—138=62 сантиметра; это значит, что стеариновая свеча горит почти в 5 раз ярче фигурной, а след. сила испытываемого света составляет 0,2 света стеариновой свечи. При опытах с фотометром важно, чтобы стеариновая свеча издавала свет всегда одинаковой яркости; для этого имеются в продаже так называемые нормальные свечи, а за неимением их нужно употреблять свечи одного размера, например, четвериковый, и 1 — 2 фунта отложить исключительно для фотометрических наблюдений; если же приходится брать другие свечи, то полезно сравнить силу их света с нормальной свечей и делать соответствующая поправки в силе наблюдаемого света.

Из опытов над яркостью света разных составов цветных огней, набитых в фигурный свечи, выяснилось следующее:

1) Степень яркости освещения данного состава цветных огней зависит от степени совершенства смешения веществ, а особенно от степени их влажности. Чем лучше состав смешан, тем он горит ярче. Присутствие влажности очень ослабляет силу освещения. Поэтому, для получения более точных результатов необходимо испытывать огни одновременно приготовленные и по возможности скорее после приготовления их. Но если составы не принимают влажности, то яркость освещения не уменьшается от времени их сохранения. Так: были испытаны составы с олифой: 1) свеже приготовленные и 2) хранившиеся два года; обе серии огней дали замечательно однообразную яркость.

2) Яркость пламени одного и того-же состава пропорциональна величине горящей поверхности, или квадрату диаметра гильзы; так напр: яркость света в гильзе диаметром в 2 линии оказалась в 3,5 свечи, а яркость свечи диаметром в 3 линии, набитой тем же составом, в 8 свечей. Определяя по пропорции яркость пламени 3-х лин. фигурной свечи, если 2-х лин. дает 3,5 стеариновой свечи, найдем эту яркость х:

2^2:3^2=3.5:x

x=(7/2)*(9/4)=63/8=почти 8

Следовательно яркость дюймового бенгальского огня будет в 16 раз больше яркости 0,25 д. фигурной свечи, набитой тем же составом, а яркость 1,5 дюймового в 36 раз. Из этого следует, что одно и тоже количество состава цветного огня, набитого в трубках одинаковой длины, дает в сумме одинаковое яркое освещение независимо от диаметра этих гильз.

3) Яркость пламени много зависит от цвета освещаемой поверхности, т. е. от цвета бумажки, покрывающей наклонны бока призмы. Наибольшая яркость получается при освещении бумажки одного с пламенем цвета; наименьшая при освещении бумажки дополнительного цвета (красной — зеленый огнем, синей — оранжевые), —разность эта бывает весьма значительна, напр. 50 и 5 свечей. При освещении других цветов, напр, красным огнем белой или желтой бумажки, яркость освещения получается средняя. Пламя белого цвета освещает с наибольшею яркостью белую бумажку, а все остальные цвета освещаются слабее, но почти одинаково. На черной поверхности освещение получается менее яркое, но понижение выходит довольно равномерное — от 0,3(3) до 0,5 освещения поверхности своего цвета. Поэтому сравнение яркости разных составов оказалось наиболее удобным производить при освещении черной поверхности призмы. Этот прием практичен и потому, что поверхность декораций, на которых горят свечи, окрашивается черной краской.

При определении силы света в числе стеариновых свеч, помещенной в таблицах при каждом состав фигурных свеч, опыты производились со свечами 3-х лин. диаметра на черной поверхности призмы, непокрытой бумагой, а для сравнения бралась свеча Троицкого снаряжательного завода.

При исследовании фотометрических свойств пиротехнических составов цветных огней обнаруживаются весьма интересные данные о силе освещения составов в зависимости от состава огня и цвета его:

1) Составы одного и того же цвета, приготовленные с разными горящими в них телами издают далеко не одинаковый свет. Ярче других горят составы с канифолью; затем несколько темнее горят составы с пикратами, олифой и гуммилаком, но разность эта не велика и приблизительно выразится следующими числами:

Несколько темнее горят составы цветных огней, с серой; серные огни окрашены более чистым и густым цветом, но яркость их сравнительно не велика. Зато с серой можно получить довольно чистые, хотя и тусклые огни синего и фиолетового цветов; без серы же такие огни почти не существуют.

2) Огни разного цвета заключают в себе по указаниям опыта весьма разнообразную силу освещения. Наиболее яркими огнями оказываются красные и зеленые; за ними следуют желтые; слабее их белые; самыми же тусклыми огнями оказываются: розовые, оранжевые, синие, фиолетовые.