Кіріспе
Параболоид пішіні бар шағылыстырғыш. Параболалық (немесе параболоидтық) шағылыстырғыш (немесе табақ немесе айна) – жарық, дыбыс немесе радио толқындары сияқты энергияны жинау немесе бағыттау үшін қолданылатын шағылыстырғыш бет. Оның пішіні дөңгелек параболоидтың бөлігі, яғни параболаның өзінің осінің айналасында айналуынан пайда болатын бет. Параболалық шағылыстырғыш ось бойымен келіп түсетін жазық толқынды фокусқа жиналатын сфералық толқынға түрлендіреді. Керісінше, фокусқа орналастырылған нүктелік көзден шыққан сфералық толқын ось бойымен қатарлы сәуле ретінде таралатын жазық толқынға айналады. Параболалық шағылыстырғыштар алыс көзден энергияны жинау үшін қолданылады (мысалы, дыбыс толқындары немесе жұлдыздардан келетін жарық). Шағылысу принциптері қайтымды болғандықтан, параболалық шағылыстырғыштар изотроптық көзден шығатын сәулеленуді параллель сәулеленуге шоғырландыру үшін де қолданылады. Спутниктік теледидар сигналдарында қолданылатын микротолқындардың толқын ұзындығы шамамен он миллиметрге тең, сондықтан осы толқындарды бағыттайтын табақтар шамамен жарты миллиметрге дейін қателікпен жасалса да жақсы жұмыс істейді.
A parabolic (or paraboloid or paraboloidal) reflector (or dish or mirror) is a reflective surface used to collect or project energy such as light, sound, or radio waves. Its shape is part of a circular paraboloid, that is, the surface generated by a parabola revolving around its axis. The parabolic reflector transforms an incoming plane wave travelling along the axis into a spherical wave converging toward the focus. Conversely, a spherical wave generated by a point source placed in the focus is reflected into a plane wave propagating as a collimated beam along the axis. Parabolic reflectors are used to collect energy from a distant source (for example sound waves or incoming star light). Since the principles of reflection are reversible, parabolic reflectors can also be used to collimate radiation from an isotropic source into a parallel beam. Microwaves, such as are used for satellite TV signals, have wavelengths of the order of ten millimetres, so dishes to focus these waves can be wrong by half a millimetre or so and still perform well.
Тоқтатумен теңдестірілген шағылыстырғыш
Кейде рефлектор табағының массалық орталығы оның фокусымен сәйкес келсе, тиімді болады. Бұл оны оңай бұруға мүмкіндік береді, сондықтан оны аспандағы Күн сияқты қозғалатын жарық көзіне бағыттауға болады, ал нысана орналасқан фокусы тұрақты болады. Табақ фокус арқылы өтетін және оны тепе-теңдікке келтіретін осьтер шамасында айналады. Егер табақ симметриялы және бірқалыпты материалдан жасалған, қалыңдығы тұрақты болса, және егер F параболоидтың фокустық қашықтығын білдірсе, онда бұл "фокус бойынша тепе-теңдік" жағдайы табақтың тереңдігі, параболоид осінен төбесінен бастап табақ жиегінің жазықтығына дейін өлшенгенде, F-тің 1,8478 есесіне тең болса орын алады. Жиегінің радиусы 2,7187F. Фокустық нүктеден көрінетін жиектің бұрыштық радиусы 72,68 градусқа тең.
Шеффлер шағылымы
Фокусты теңгерілген конфигурация (жоғарыда қараңыз) рефлектор табағының тереңдігі оның фокустық қашықтығынан артық болуын қажет етеді, сондықтан фокус табақтың ішінде орналасады. Бұл фокусқа қол жеткізуді қиындатуы мүмкін. Балама тәсілді оның ойлап тапқан Вольфганг Шеффлер есімімен аталған Шеффлер рефлекторы көрсетеді. Бұл – параболоидты айна, ол массалық орталығынан өтетін осьтер бойынша айналады, бірақ бұл фокус табақтың сыртында жатады. Егер рефлектор қатаң параболоид болса, табақ бұрылғанда фокус орны ауысады. Мұны болдырмау үшін рефлектор икемді болып, айналу кезінде иіліп, фокусты тұрақты ұстайды. Идеалды жағдайда рефлектор әрқашан параболоидты болуы керек. Бірақ іс жүзінде мұны толыққанды іске асыру мүмкін емес, сондықтан Шеффлер рефлекторы жоғары дәлдік талап ететін мақсаттарға қолайлы емес. Ол күн сәулесін ыдысқа тигізу үшін жеткілікті шоғырландыру қажеттіліктері бар, бірақ нақты бір нүктеге емес, мысалы, күн энергиясын пайдаланып тамақ пісіру сияқты қолданыстарда қолданылады.
Одан тыс рефлекторлар
Дөңгелек параболоидтың көлемі теориялық тұрғыдан шексіз. Кез келген практикалық рефлектор оның тек бір бөлігін пайдаланады. Көбінесе, сегмент параболоидтың ең үлкен қисықтығына ие және симметрия осі параболоидты қиып өтетін жерін қамтиды. Дегенмен, егер рефлектор келіп түскен энергияны қабылдағышқа шоғырландырса, қабылдағыштың көлеңкесі рефлектордың бір бөлігі болып табылатын параболоидтың төбесіне түседі, осылайша рефлектордың бір бөлігі пайдасыз болады. Мұны параболоидтың төбесінен және симметрия осінен ығысқан сегменттен рефлектор жасау арқылы болдырмауға болады. Бұл жағдайда, рефлектордың барлық бөлігі энергияны қабылдап, оны қабылдағышқа шоғырландырады. Бұл жиі қолданылады, мысалы, спутниктік теледидар антенналарында, сондай-ақ кейбір астрономиялық телескоптарда (мысалы, Грин-Бэнк телескобы, Джеймс Уэбб ғарыш телескобы). Күн пештерінде және басқа да аса маңызды емес қолдануларда қолданылатын дәл осьтен тыс рефлекторларды айналмалы пештің көмегімен жасау өте оңай, онда балқытылған шыны ыдысы айналу осінен ығыстырылады. Аз дәлдікті қажет ететін, спутниктік антенналар үшін қолайлы пішіндер компьютерде жобаланып, содан кейін металл парақтан бірнеше антенналар дайындалады. Орташа ендіктерден экватор үстіндегі геостационарлық теледидар спутнигіне бағытталған осьтен тыс рефлекторлар коаксиалды рефлекторларға қарағанда тік болып орналасады. Бұл ыдысты ұстайтын тіреуішті қысқартуға және ыдыстың төменгі бөлігінде қар жиналуын азайтуға мүмкіндік береді.
Тарих
Параболалық шағылыстырғыштардың принципі классикалық антикалық дәуірден бері белгілі, математик Диокл оларды "Күйдіретін айналар туралы" кітабында сипаттап, параллель сәулелерді бір нүктеге шоғырландыратынын дәлелдеді.
Қолданбалар
Параболалық рефлектордың ең көп таралған қазіргі қолданылулары спутниктік антенналарда, рефлекторлық телескоптарда, радиотелескоптарда, параболалық микрофондарда, күнге пісіретін пештерде, сондай-ақ прожекторлар, автомобиль фаралары, PAR шамдары және LED шамдар корпустарында сияқты көптеген жарықтандыру құрылғыларында қолданылады.