Estroboscópio

Em sua forma mecânica mais simples, um estroboscópio pode ser um cilindro ou disco giratório com orifícios ou ranhuras igualmente espaçados, colocado na linha de visão entre o observador e o objeto em movimento. Se a velocidade de rotação estiver perfeitamente sincronizada com a velocidade do sistema observado, ou com um múltiplo exato dela, o sistema parece imóvel. Se a velocidade de rotação for ajustada ligeiramente fora de sincronismo, o movimento parece ocorrer mais devagar. A ilusão é causada por aliasing temporal, geralmente chamado de efeito estroboscópico.

Eletrônico

Nas versões eletrônicas, o disco perfurado é substituído por uma lâmpada capaz de emitir flashes breves e rápidos. Em geral, usa-se uma lâmpada de descarga em gás ou de estado sólido, pois esses dispositivos podem emitir luz quase instantaneamente quando recebem energia e se apagar com rapidez quando a alimentação é interrompida.

Em comparação, lâmpadas incandescentes levam um breve tempo para aquecer depois de energizadas e outro para esfriar após o corte da alimentação. Esses atrasos borram os detalhes dos objetos parcialmente iluminados durante o aquecimento e o resfriamento. Na maior parte das aplicações, as lâmpadas incandescentes são lentas demais para produzir efeitos estroboscópicos nítidos. Quando alimentadas por corrente alternada, porém, costumam responder depressa o bastante para causar um zumbido audível, no dobro da frequência da rede elétrica, na reprodução de áudio óptico, como na projeção de filmes.

A frequência dos flashes é ajustada para ser igual à velocidade cíclica do objeto ou a uma fração unitária dela. O objeto então parece parado ou movendo-se lentamente para a frente ou para trás, conforme a frequência dos flashes.

Lâmpadas de néon ou diodos emissores de luz são usados em aplicações estroboscópicas de baixa intensidade. As lâmpadas de néon eram mais comuns antes da eletrônica de estado sólido, mas foram em grande parte substituídas por LEDs nessas aplicações.

Lâmpadas de flash de xenônio são usadas em aplicações estroboscópicas de média e alta intensidade. Flashes suficientemente rápidos ou intensos podem exigir resfriamento ativo, por circulação forçada de ar ou de água, para impedir que a lâmpada de xenônio derreta.

Em 1833, o físico belga Joseph Plateau apresentou um disco de rotação rápida, com imagens entre fendas radiais, que pareciam ganhar movimento quando o reflexo do disco em um espelho era observado através das fendas. O dispositivo ficou conhecido como "fenacistoscópio". Quase ao mesmo tempo, o físico austríaco Simon Ritter von Stampfer criou de forma independente um dispositivo semelhante, que chamou de "stroboscopische Scheiben". O nome atual deriva do termo de Stampfer. A palavra "estroboscópio" vem do grego strobos, "corpo girante" ou "redemoinho", e skopein, "observar".

Os discos de Plateau e Stampfer se difundiram como brinquedos ópticos para produzir imagens em movimento. O princípio estroboscópico também precedeu técnicas usadas no cinema. Outros brinquedos desse tipo foram o zootropo e o folioscópio.

Em 1917, o engenheiro francês Étienne Oehmichen patenteou o primeiro estroboscópio elétrico e construiu, na mesma época, uma câmera capaz de registrar 1.000 quadros por segundo.

Harold Eugene Edgerton ("Doc" Edgerton) empregou uma lâmpada intermitente para estudar peças de máquinas em movimento. A General Radio passou a produzir esse aparelho sob o nome "Strobotac", um dos primeiros estroboscópios a alcançar sucesso comercial. Edgerton usou flashes muito curtos para produzir fotografias estáticas de objetos em alta velocidade, entre eles balas em voo.

Estroboscópios são usados para estudar tensões em máquinas em movimento e em outras formas de pesquisa. Modelos de alta intensidade podem se sobrepor à iluminação ambiente e tornar visível o efeito de movimento interrompido sem exigir um ambiente escuro. A técnica também permite inspecionar componentes rotativos ou oscilantes enquanto permanecem em operação.

Também são usados como instrumentos de medição para determinar a velocidade cíclica. Na forma de uma pistola de ponto, permitem ajustar o avanço de ignição de motores de combustão interna.

Na medicina, estroboscópios são usados para observar as cordas vocais durante a avaliação de condições que produzem disfonia, ou rouquidão. O paciente emite sons ou fala diante de um microfone, que sincroniza o estroboscópio na mesma frequência ou em uma frequência ligeiramente diferente. A fonte de luz e a câmera são posicionadas por endoscopia.

Outra aplicação do estroboscópio pode ser encontrada em muitos toca-discos. A borda do prato possui marcas em intervalos definidos. Quando vistas sob iluminação fluorescente alimentada na frequência da rede elétrica, as marcas parecem imóveis se o prato estiver girando na velocidade correta. O efeito funciona mal sob iluminação incandescente, pois essas lâmpadas não produzem cintilação estroboscópica acentuada. Por isso, alguns toca-discos têm uma lâmpada de néon ou um LED junto ao prato. O LED deve ser alimentado por um retificador de meia onda ligado ao transformador da rede ou por um oscilador.

Lâmpadas estroboscópicas também foram adaptadas como efeito de iluminação em discotecas e casas noturnas, onde produzem a impressão de que as pessoas dançam em câmera lenta. A frequência dos flashes desses aparelhos costuma ser menos precisa e menos elevada, pois o uso em entretenimento não exige o mesmo desempenho de aplicações de medição.

A emissão rápida de flashes estroboscópicos pode criar a ilusão de que a luz branca está tingida de cor, fenômeno chamado de cor de Fechner. Dentro de certas faixas, a cor aparente pode ser controlada pela frequência dos flashes. Frequências de estímulo eficazes começam em cerca de 3 Hz, com valores ótimos por volta de 4–6 Hz. As cores surgem na percepção do observador, e não como uma cor real presente na luz. O pião de Benham demonstra o efeito.