圆形截面纤维的笛卡尔线及特征.pdf
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1、第2 7 卷第6 期 2 0 0 6 年6 月 纺织学报 J o u m a lo fT e x t i l eR e s e a r c h V 0 1 2 7N o 6 J u n 2 0 0 6 文章编号:0 2 5 3 9 7 2 1 ( 2 0 0 6 ) 0 6 0 0 1 6 0 3 圆形截面纤维的笛卡尔线及特征 张艳艳1 ,张海泉1 ,王善元2 ( 1 江南大学纺织服装学院,江苏无锡2 1 4 1 2 2 ;2 。东华大学纺织学院,上海2 0 1 6 2 0 ) 摘要分析了透明圆形截面纤维在垂直纤维轴光线照射时纱维内表面反射光的一种特殊现象笛卡尔线现 象。在理论分析的基础上,通
2、过试验着重研究了纤维笛卡尔线的产生机理、特征和主要影响因素。结果表明,透明 圆形截面纤维在垂直纤维轴光线照射时有笛卡尔线产生,其原理与水珠在光照射时虹产生的原理相似。 关键词纤维;光泽;内表面;反射光;笛卡尔线 中图分类号:T s l 0 2 1文献标识码:A D e s c a r t e sr a ya n dc h a r a c t e ro fr o u n d s e c t i o nf i b e r s Z H A N GY a n y a n l ,Z H A N GH a i - q u a n l ,W A N GS h a I l y u a n 2 ( 1 砌o Z
3、 矿Z t 泷口蒯铂加e 胁,s D 眦蛔w 拖,l g 蹴觇璐妙,阢撕,肋n 伊u2 1 4 1 2 2 ,饥i ,z n ; 2 c o f 妇E 矿7 h 池,D o 嘞沁瑙妙,醌。啦缸2 0 1 6 2 0 ,醌i M ) A b s t r a c tA na n a l y s i si sm a d ea b o u tD e s c a r t e sr a y so ft r a n s p a r e n tm u n d s e c t i o nf i b e r s as p e c i a li n t e m a l s u r f a c er e f l e
4、c t i o n 瑚L y so ft h ef i b e rw h e np a I 赳l e l 阳y ss t r i k et h ef i b e r sp e I p e n d i c u l a r l yt of i b e ra x i s P m d u c t i o n p d n c i p l e ,c h a r a c t e ra n dp r i m a r yi n n u e n c ef a c t o r so fD e s c a r t e sr a ya r es t u d i e db ye x p e r i m e n t so
5、nt h eb a s i so f t h e o I e t i c a la n a l y s i s hi s p r o v e d t h a tI D u n d s e c t i o nf i b e rh a sD e s c 缸e s I a y s , a n di t s p r i n c i p l e a n d c h a m c t e r i s t i c sa 心s i m i l a rt ot h ew a t e rd m p sp r o d u c i n gt h em i n b o wi nt h es u n K e yw O r
6、d sf i b e r ;l u s t e r ;i n t e m a ls u r f a c e ;r e n e c t i o nr a y ;D e s c a r t e sr a y 纤维的反光性质与纤维光泽有着密切的关系, 纤维光泽不仅是纤维内在性能的反映,同时对纤维 的视觉风格也有很大的影响。本文研究的纤维反光 性能是指透明均匀的圆形截面纤维被垂直纤维轴的 平行光照射时内部能反射光的一种特殊反光现象, 即笛卡尔线现象。早期对笛卡尔线的研究出现在气 象学虹现象的研究中。纺织领域有关回归反光织 物的反光性能以及圆形截面纤维反光性质的研究也 有涉及幢3J 。本文在已有理论研究
7、的基础上,通过试 验分析了纤维笛卡尔线产生的原因、特征及影响因 素,研究结论对认识相近结构纤维的反光性质,开发 特殊反光性能的纤维有重要的理论价值。 1 笛卡尔线 对透明圆球体内表面反射光特性的研究源于水 珠产生虹现象的光学机理的研究。1 6 3 7 年最早出 现在法国数学家笛卡尔( R e n eD e s c a r t e s ) 的方法谈 中,他利用荷兰科学家在1 6 2 1 年发现的光折射定 律,精确地计算了虹的角度,第一次成功地解释了虹 的成因。经过理论与实验研究,笛卡尔得到如下结 论:虹是太阳光射人球状水滴,经一次内反射之后出 射形成的。笛卡尔精确地计算了光线进入水滴到出 射的路
8、径,描绘了完整的光线路径图,如图l 所示。 收稿日期:2 0 0 4 一0 8 0 3修回日期:2 0 0 5 0 6 0 6 作者简介:张艳艳( 1 9 8 l 一) ,女,硕士生。主要研究方向为纺织材料的物理性质。 图1 虹的光线路径图 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第6 期 张艳艳等:圆形截面纤维的笛卡尔线及特征【1 7 】 笛卡尔线的研究主要依据几何光学原理,集中在水 珠内表面反射光的方向上。实际上,水珠内表面反 射光在一个很宽的范围内都
9、存在( 约8 4 。) ,而只有笛 卡尔线能被观察到,这是因为笛卡尔线有很高的强 度,这正是笛卡尔线最独特的性质。 2 纤维的笛卡尔线 2 1 产生条件 水珠近似透明均匀的球体,直径约1 0 5 0 业m ,由 于是球体,它的任意截面都为圆形。圆形截面纤维可 以人为选择其几何尺寸,直径范围可以很大,一般为 几十微米,假设纤维是透明且结构均匀的,这样水珠 与圆形截面纤维在材质与尺寸上就非常接近。水珠 与圆形截面纤维的最大区别在于几何形态,水珠可理 想化为球体,而圆形截面纤维与圆柱体相近。从产生 笛卡尔线的几何条件看,光线必须经过圆形材料的折 射和内表面反射。球体任意截面为圆形,所以入射光 线无论
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