Kleuren op voorruit van treinen?

[jkien]

de hondenkop heeft het ook

De oude sprinter ('SGM') heeft het ook. Alleen de middelste voorruit:

Sprinter 2321 keer bekeken

Dit is een apenkop. Hondekop heeft een vergelijkbare neus, maar is een ouder type trein.

Voor mij was alles een hondekop, maar inderdaad, op deze foto staan ze naast elkaar. De verschillen zitten blijkbaar in de stompheid van de neus, de vorm van de voorruiten, de koplampen, en de mond (opening voor de koppeling). De hondekop heeft de neus van een bullmastiff, en de apekop de neus van een gorilla, denk ik. Belgie heeft een varkensneus (ook met interferentiekleuren in de voorruit, zie foto). En we hebben een buffel (ook met interferentiekleuren, zie foto).


Misschien heeft de gekleurde veegbaan van de ruitenwisser te maken met de ruitensproeiervloeistof van de trein. Vergelijk het met de glasonvriendelijke vaatwasmiddelen van weleer: tot in de jaren '90 veroorzaakten vaatwassers erosie van het oppervlak van drinkglazen, wat soms zichtbaar werd als iriserende kleuren. Een dunne oppervlaktelaag, circa 300 nm dik, werd uitgeloogd: alkali-ionen losten op, en hun plek werd opgevuld door waterstofionen. Deze alkali-arme laag heeft een iets lagere brekingsindex, wat interferentiekleuren veroorzaakt, net als bij een coating van een lens. (link blz 34, wiki)
Tegenwoordig bevatten vaatwasmiddelen zinksulfaat of andere zouten die erosie voorkomen. Als er tijdens de wasbeurt een minuscuul gaatje in het glasoppervlak ontstaat, vult het zinksulfaat dat gaatje meteen op.
Een iriserend oppervlak ontstaat verder bij oud glaswerk na honderden jaren verblijf in vochtige grond. Ook hier wordt de dunne oppervlaktelaag uitgeloogd. (link)

[jkien]

De reflectiekleuren worden mogelijk veroorzaakt door de dunne elektrische verwarmingslaag van de voorruit. De verwarmingslaag is dunner dan 1 µm, zodat reflecties interferentiekleuren kunnen vertonen. De verwarmingslaag zou zich niet aan de buitenkant van het gelaagde glas bevinden maar ergens tussen twee glaslagen. Daarover kun je twijfelen omdat de plaats en de veegachtige vorm van de kleurvlekken de indruk wekken dat ze veroorzaakt worden door de ruitenwissers. Dan zou die verwarmingslaag toch bijna aan de oppervlakte moeten liggen.

De onbekende diepte kan eenvoudig geschat worden met een multimeter door de elektrische capaciteit te meten tussen twee op het oppervlak gelegde elektrodes. De elektrodes zijn capacitatief met elkaar verbonden door de geleidende laag onder het oppervlak. Ik heb deze meting gisteren in het spoorwegmuseum, in samenwerking met de conservator, gedaan bij de voorruit van een sprinter (de ruit van hun simulatorcabine; met het opschrift "Electriplex, 110 V, 523 W"). De capaciteit bleek hetzelfde te zijn als bij 2 mm gewoon glas op aluminiumfolie (70 pF; elektrodeoppervlak 1 dm²). Dat betekent dat de geleidende laag 2 mm onder het oppervlak van de voorruit zit. Dus zo diep dat de ruitenwissers waarschijnlijk geen invloed hebben op de diktecontouren van de geleidende laag, en ook niet op de kleurcontouren.

capaciteitsmeting 2325 keer bekeken

Een andere manier om in te schatten of de elektrisch geleidende laag dicht bij het oppervlak van de ruit ligt is als volgt. Als je over het perron heen en weer loopt bij de voorruit dan kun je zien dat er nauwelijks parallaxverschil is tussen vuil op de ruit en de elektrodestrip (B) en de aansluitstrip (A). Dus ligt de elektrische laag tamelijk dicht bij het oppervlak van de ruit.

[jkien]

Off topic: een andere opmerkelijke coating in het straatbeeld die me opviel: sommige geldautomaten vertonen een onregelmatige, sterke blauwe glans, als de ruit een witte wolk weerspiegelt. De vingerafdrukken wijzen erop dat de coating aan de oppervlakte ligt. Geldautomaten met deze blauwe coating reflecteren spiegelend (zie op de foto's het spiegelbeeld van een dak); geldautomaten met een ongekleurd oppervlak reflecteren mat.

[jkien]

Misschien zeggen de reflecties iets over de diktes van de lagen in de ruit. Reflecties van verschillende lagen kun je gewoon met je ogen onderscheiden. Van de ruitenwisser zijn drie reflecties te zien, op de foto zijn ze genummerd (1, 2, 3). Het zijn de reflecties op de voorkant van de ruit (1), op de verwarmingslaag (2) en op de achterkant van de ruit (3).

In het diagram is de schijnbare afstand tussen S1 en S2 gelijk aan 2a', waarbij a' ≈ a/n als waarneemhoek φ klein is. (n is de brekingsindex van het glas. Voor grotere φ geldt a' = a tan φ_r / tan φ_i .[1]). Op de foto linksboven is de afstand tussen 1 en 2 ongeveer 15% van de lengte van het oranje lijnstuk C. Ter plekke schatte ik de ware lengte van het oranje lijnstuk op de ruitenwisser op 5 cm, dus 2a' = 7,5 mm, dus a' = 3,8 mm. Dan leidt n=1.5 en φ ≈ 45° tot a = a' tan 45° / tan 28° = 7 mm. Vreemd, ik had dezelfde dikte als in het vorige bericht verwacht, 2 mm. Het is een ander soort trein (dubbeldekker virm i.p.v. sprinter), misschien ligt het daar aan.

Reflectie 1 is veel helderder dan reflectie 2, en die is weer helderder dan 3. Misschien is de voorkant niet voorzien van een antireflectiecoating omdat de slijtage daar te groot is. Reflectie 2 kan zwak zijn als de brekingsindex van de verwarmingslaag weinig verschilt met die van glas. Reflectie 3 kan zwak zijn als de achterkant voorzien is van een antireflectiecoating.

Foto 3 is een poging om de reflectiekleur-zones van de drie lagen te onderscheiden. R1, R2 en R3 zijn de reflectiecoëfficiënten van die lagen. Het zijn functies van de golflengte, R1(λ), R2(λ) en R3(λ), die de eigen reflectiekleur van de lagen bepalen. Tussen de vele kleurzones zit volgens mij een zone, gemarkeerd met R1, die de eigen reflectiekleur van laag 1 weergeeft: een beetje paars in dit geval. Een andere zone, gemarkeerd met R3 geeft de eigen reflectiekleur van laag 3 weer: een beetje groen in dit geval.

Ruitenwisserreflecties 2339 keer bekeken

[Benm]

Slim gevonden om naar de reflectie van die ruitenwisser te kijken!

Wat eventueel ook nog zou kunnen is dat deze ruit zowel een AR coating als verwarming heeft. In dat geval zou het niet om een dielectrische AR coating gaan, maar om iets met een brekingsindex tussen glas en lucht in (MgF2 oid). Het zou kunnen dat midden in het laminaat (op positie '2') een dun laagje indium oid ligt als verwarming, en deel erachter gehard glas is. Ik vermoed echter dat er ook nog wel een plastic laag in zit vergelijkbaar met die in autoramen om te voorkomen dat glassplinters met volle vaart in het gezicht van de bestuurder vliegen als er een steen oid tegen de ruit zou gaan.

Een kleurverloop zoals op foto 5 zou dan te verklaren zijn als de ruit niet helemaal vlak was - wellicht expres in die vorm gemaakt, wellicht vervorming door spanning in het glas na montage.

Overigens zou het wel bijzonder zijn als in treinruiten een geleide laag wordt gebruikt voor de verwarming van de ruit. In electrisch verwarmde voorruiten van auto's (vnl Ford) zie je als je goed kijkt verticaal de verwarmingsdraadjes door het glas lopen.

[High-Voltage]

Om even maar wat random internet bronnen te citeren:

Interferentie is onder een bepaalde invalshoek zichtbaar in de vorm van petroleumachtige vlekken. Interferentie is een natuurkundig verschijnsel. Dit is iets anders dan vlekken die ontstaan door verwering, vlekken die er overigens hetzelfde uitzien. Interferentievlekken verplaatsen zich echter over het oppervlak door tegen de ruit te drukken; vlekken door verwering doen dit niet.

De kans op interferentie is gering wanneer er gekozen wordt voor een glassamenstelling met ruiten van verschillende dikte. Bij gecoat glas (bijvoorbeeld HR++) komt dit verschijnsel minder vaak voor. Een samenstelling van gelijke glasdikte kan bij dit type beglazing dan ook wel eens toegepast worden.

Als de vlekken zich verplaatsen als u op het glas drukt, dan is ersprake van interferentie. Dit is geen fout in het product maar een natuurkundig verschijnsel.

Onder bepaalde lichtval kan glas werken als een prisma en splitst het glas het daglicht in verschillende kleuren

Dit wordt aan het glasoppervlak zichtbaar als olieachtige vlekken, stroken of cirkels. Het risico op deze kleurvlekken bij isolerend dubbelglas wordt kleiner als de glasbladen onderling verschillen van dikte. Dit is meestal het geval. Bij HR++ beglazing vermindert de aangebrachte coating het risico op kleurvlekken al fors.

Ga er eens tegen duwen en kijk wat er gebeurt?

[Antignor]

Een zelfde soort "olievlekken" zie ja als je met een polariserende zonnebril naar de voorruit van een auto kijkt en ik heb het ook gezien op de ramen van schepen waar ik op heb gewerkt, als ik die zonnebril op had. Die vlekken zie je niet met het blote oog of als je een niet polariserende (zonne-) bril op hebt.

Beide soorten glas zijn veiligheidsglas, net als de ramen van een trein, maar ik weet niet of het gelaagd glas is. Op scheeps- en autoruiten zit volgens mij geen ontspiegelingslaag, maar als het op een treinraam wel zit zou het kunnen zijn dat die laag een polariserende werking heeft, net als een polaroid zonnebril, waardoor de polarisatie van het licht met het blote oog wel zichtbaar wordt.

Bovenstaande reactie heeft het over interferentie. Zelf ben ik niet genoeg natuurkundig onderlegd om te weten of dit misschien met elkaar te maken heeft, maar zoals jkien al eerder zei en wat overeenkomt met mijn ervaring is dat dit effect duidelijk te maken met heeft polarisatie van licht.

Als dat zo is dan nog kan je je afvragen waarom die vlekken zich bevinden waar ze zich bevinden. Wie weet heeft dat wat met de dikte van het glas te maken of met spanningen in het glas bij het niet helemaal gelijkmatig uitharden, of spanning die veroorzaakt wordt door hoe de ruiten gemonteerd zijn. Het is al weer iets van een decennium geleden dat ik me op een schip begaf, maar ik meen me te herinneren dat die vlekken zich daar in een verticale oriëntatie hadden, als een soort van parallelle kettingen die naar beneden hangen. Ik vroeg me altijd af waarom, maar nu ik er zo over nadenk (maar uiteindelijk is dit niet meer dan speculatie) zou het kunnen zijn dat dat door transportrollers waarop de ruiten naar een koelruimte gebracht worden ontstaan. Deze rollers zouden door het gewicht van het glas indrukken en buigspanningen kunnen veroorzaken. Maar ik zit hier maar naar te gokken want ik heb er eigenlijk gewoonweg geen idee van hoe die ruiten gemaakt en gekoeld worden, laat staan hoe ze tussen de verschillende productiestadia in getransporteerd worden. Maar als ik gelijk heb zou het kunnen zijn dat die roller de ruit misschien maar op een aantal naast elkaar gelegen plaatsen en als die direct achter elkaar geplaatst zijn dan vormen ze een aantal parallelle "strepen".

Verder kan je je afvragen waarom normaal vensterglas niet zo'n polariserend effect heeft en het soort glas wat voor trein-, auto- en scheepsramen gebruikt wordt wel. Dit zal ongetwijfeld iets met de samenstelling of gelaagdheid van het glas te maken hebben. Misschien heeft het veiligheidsglas wat in winkelruiten gebruikt wordt en kogelwerend glas dit ook, maar dit is mij nooit opgevallen omdat ik die polariserende zonnebril maar kort gehad heb, maar een wandeling door een winkelstraat met een polarisatiefilter kan dat makkelijk letterlijk aan het licht brengen. Tegen winkelruiten kan je overigens ook makkelijk aandrukken om te kijken of de vlekken veranderen als ze zich daar op bevinden.

Maar wat in ieder geval overeenkomt met bovenstaande reactie is dat het bij buiging van het paneel de verkleuringen zouden moeten veranderen. Als je een treinraam (dat zal de conservator misschien niet zo leuk vinden) demonteert en er lichte mechanische spanning op aanbrengt waardoor de ruit wat vervormt zou het best kunnen zijn dat de vlekken vervormen of verplaatsen, net zoals bij een zakcalculator als je op het schermpje drukt. Dit is misschien beter te testen op een autoruit van een sloop-auto en een polaroid zonnebril of polarisatiemeter. Helaas heb ik geen van alle voorhanden.

[jkien]

Interferentie is ... petroleumachtige vlekken. ...  Interferentievlekken verplaatsen zich echter over het oppervlak door tegen de ruit te drukken; vlekken door verwering doen dit niet.

Als de vlekken zich verplaatsen als u op het glas drukt, dan is er sprake van interferentie. Dit is geen fout in het product maar een natuurkundig verschijnsel.

Ga er eens tegen duwen en kijk wat er gebeurt?

Die citaten hebben betrekking op dubbelglas, waarbij de reflecties van beide ruiten interfereren. Voor de duidelijkheid heb ik een foto gemaakt van het dubbelglas-interferentiepatroon op een raam dat een dak reflecteert. Om het strepenpatroon scherp te krijgen heb ik gefocusseerd op het glas. Het dubbelglas-interferentiepatroon ziet er meer gestreept en minder kleurrijk uit dan de voorruit van de trein. Duwen op de ene ruit heeft een zichtbaar effect dankzij de luchtspleet van het dubbelglas: als op de ene ruit wordt geduwd beweegt de andere niet mee, en door dat verschil verandert de interferentie.

Aangezien de voorruit van de trein geen dubbelglas is (hij bevat geen luchtspleet) valt niet te verwachten dat duwen een zichtbaar effect heeft. En dat is ook de werkelijkheid: onder de ruitenwissers, die op de ruit duwen, is geen vervorming van het kleurenpatroon te zien.

dubbelglasinterferentie 2525 keer bekeken

Brewster's fringes [1] [2]

[jkien]

Een zelfde soort "olievlekken" zie je als je met een polariserende zonnebril naar de voorruit van een auto kijkt en ik heb het ook gezien op de ramen van schepen waar ik op heb gewerkt, als ik die zonnebril op had. Die vlekken zie je niet met het blote oog of als je een niet polariserende (zonne-) bril op hebt.

... als [een ontspiegellaag] op een treinraam zit zou het kunnen zijn dat die laag een polariserende werking heeft, net als een polaroid zonnebril, waardoor de polarisatie van het licht met het blote oog wel zichtbaar wordt.

... zoals jkien al eerder zei en wat overeenkomt met mijn ervaring is dat dit effect duidelijk te maken met heeft polarisatie van licht.

Ik heb niet gezegd dat de iriserende kleuren van de voorruit van de trein duidelijk te maken hebben met de polarisatie van licht. Wat ik wel zei was:

Ik heb het kleurenpatroon bekeken door een polarisatiefilter, en het effect was dat er over het kleurenpatroon heen een masker van donkere hokjes (vlekjes) verscheen. De plaats van de donkere hokjes inverteerde als ik het polarisatiefilter 90° draaide. Maar dit masker zelf was kleurloos, alleen licht/donker. Het kleurenpatroon veranderde daardoor niet wezenlijk, en de plaats van de kleuren op de ruit bleef hetzelfde.

Wat ik daarmee bedoelde is te zien in de onderstaande knipperfoto waarin twee met een polarisatiefilter gemaakte foto's zijn samengevoegd. Het kleurloze masker wisselt, het hokjespatroon is in de ene filterstand beter zichtbaar dan in de andere. De blauwe kleur onder dat masker verandert niet.

VoorruitAnimatie1 467 keer bekeken

[jkien]

Wat eventueel ook nog zo kunnen is dat deze ruit zowel een AR coating als verwarming heeft. In dat geval zou het niet om een dielectrische AR coating gaan, maar om iets met een brekingsindex tussen glas en lucht in (MgF2 oid). Het zou kunnen dat midden in het laminaat (op positie '2') een dun laagje indium oid ligt als verwarming, en deel erachter gehard glas is. Ik vermoed echter dat er ook nog wel een plastic laag in zit vergelijkbaar met die in autoramen om te voorkomen dat glassplinters met volle vaart in het gezicht van de bestuurder vliegen als er een steen oid tegen de ruit zou gaan.

Een kleurverloop zoals op foto 5 zou dan te verklaren zijn als de ruit niet helemaal vlak was - wellicht expres in die vorm gemaakt, wellicht vervorming door spanning in het glas na montage.

Overigens zou het wel bijzonder zijn als in treinruiten een geleide laag wordt gebruikt voor de verwarming van de ruit. In electrisch verwarmde voorruiten van auto's (vnl Ford) zie je als je goed kijkt verticaal de verwarmingsdraadjes door het glas lopen.

Inderdaad, de verwarmingslaag en de antireflectiecoating zitten vermoedelijk niet in dezelfde laag. De verwarmingslaag zit tussen twee glaslagen in. Dat is de verkeerde plaats voor een antireflectiecoating, want de (belangrijkste) antireflectiecoating moet op de overgang tussen glas en lucht zitten. Dus voorop en/of achterop de ruit, maar niet tussen glaslagen. Vanwege de sterke reflectie op laag 1 en de zwakke reflectie op laag 3 vermoedde ik dat de antireflectiecoating achterop de ruit zit.

De verwarmingslaag van Electriplex is een tinoxidefilm.[1] Tinoxide is een halfgeleider. Op de achterkant van Electriplex zit een 'anti-spall' laag die bij breuk alle glassplinters vasthoudt.[2]


Valt de dikte van de verwarmingslaag te schatten op basis van de elektrische weerstand? De verwarming van de voorruit een virm-trein gebruikt 984 W bij 220 V, de weerstand is dus R = 50 Ω. Het oppervlak van de ruit is A = b ⋅ h = 1,5 ⋅ 0,8 = 1,2 m². Stel dat de geleidende laag uit ITO bestaat, met een soortelijke weerstand ρ van 2⋅10^-6 Ω⋅m, dan is de dikte d = ρ⋅b/(R⋅h) = 75 nm (zie wikipedia). Deze grootteorde is redelijk, een vuistregel voor ITO-glas is dat de ITO-laagdikte d tussen 50 en 200 nm is. Maar 75 nm is veel kleiner dan de golflengte van zichtbaar licht, dan zouden er geen iriserende kleuren op de voorruit verschijnen. In een vorig bericht correspondeerde de blauwe kleur op de ruit met een laagdikte van 300 nm, om daar op uit te komen zou ρ 4x groter moeten zijn, dat lijkt me wel mogelijk met materialen die op ITO lijken.

[Benm]

En dergelijke laag klinkt inderdaad wel plausibel - in voorruiten van verkeersvliegtuigen zit ook een dergelijke verwarmingssysteem, en die hebben ook reflecties met kleurverloop die lijken op dat van deze trein.

Zo'n vliegtuigraam heeft natuurlijk wel meer verwarming nodig dan dat van een trein (die rijden geen 900 en zelden bij -50 graden), maar dat kan een kwestie zijn van meer stroom door een laag van gelijke dikte jagen.

[jkien]

onder de ruitenwissers, die op de ruit duwen, is geen vervorming van het kleurenpatroon te zien.

Bij nader inzien laten de ruitenwissers soms toch wel een bijzonder spoor op het kleurenpatroon achter. De veegbaan van de wisser bestaat dan uit precies zeven concentrische bogen. Die bogen corresponderen met de zeven segmenten die herkenbaar zijn op de ruitenwissers. De scheidslijn tussen twee bogen is donkerder dan de bogen.

Wat de scheidslijn donker maakt is niet duidelijk. Het zou voor de hand liggen dat de donkere scheidslijn vervuiling bovenop de ruit is, of rubber van de ruitenwisser, maar als je rakelings langs de ruit kijkt ziet de plaats van een scheidslijn er net zo glanzend schoon uit als de plaats van een boog.

Voor dit topic is vooral van belang of deze sporen betekenen dat de dikte van de iriserende laag is veranderd. Nabij de scheidslijn is er geen kleurverandering (donker is geen kleur), dus de dikte van de iriserende laag is niet veranderd.

Bijzonder ruitenwisserspoor van zeven bogen (treinstel 9420), en in zeven segmenten verdeelde ruitenwisser.

Andere trein met ruitenwisserspoor van zeven bogen (treinstel 8658)

Scheidslijnen die helder zijn, niet donker (treinstel 8610)


Terzijde, als je rakelings langs de ruit kijkt blijken reflecties van de achtergrond nauwelijks te vervormen. Dat betekent dat de voorruit zeer vlak is, vlakker dan de vensterruiten bij mij thuis.

[jkien]

Wikipedia bevat een foto van een Airbus met een voorruit die net zo gekleurd is als de voorruit van de trein. De fotograaf vraagt zich af of de kleurcontouren corresponderen met de stress contouren van de ruit, zoals bij stress induced birefringence. De atoptics website denkt dat die kleuren veroorzaakt worden door birefringence en/of dunnelaaginterferentie in het gelamineerde glas.

LHcockpitWindow 2296 keer bekeken

(bron)

[Benm]

Dat stress induced patroon zie je heel vaak, als je een zonnebril met polariserende glazen draagt althans. Achterruiten van auto's vertonen het vaak (valt nogal op als je erachter rijdt), al zie je daar zonder bril vaak helemaal niets van.

Overigens kan het natuurlijk best een combinatie zijn van beide effecten.

Bij de foto van het vliegtuig kun je wel duidelijk zien dat de voorste ramen anders zijn dan de ramen aan de zijkant. Ik vermoed dat de voorste ramen van ander materiaal zijn, beter bestand tegen inslag van vogels en dergelijke. Niet dat op vliegtuigramen sowieso geen enorme kracht staat - op grond natuurlijk niet, maar op kruishoogte is het een paar ton per vierkante meter.

[jkien]

Verwarrend aan de bewering van de atoptics website dat de kleur veroorzaakt wordt door "birefringence AND thin film interference" is dat daarbij het essentiele gegeven ontbreekt of de foto gemaakt is met een polariserend filter voor de camera. Zonder polariserend filter verschijnen iriserende kleuren alleen bij dunnefilminterferentie. Zonder polariserend filter heb ik bij birefringence (zowel stress induced als bij kristallen zonder stress, zoals calciet) nooit kleuren gezien. Dat atoptics daarover niets zegt, bewust of onbewust, is vreemd. Bij de andere foto, die uit Wikipedia, staat wel expliciet vermeld dat hij gemaakt is zonder polariserend filter voor de camera.

Bij dubbelbrekend calciet is er wel beeldverdubbeling waarneembaar, maar dat is een fenomeen zonder kleuren.

Kortom, dat het kleurenpatroon van de voorruit van de trein zichtbaar is zonder polariserend filter pleit tegen birefringence.