Айналма пешпен параболалық айна жасау технологиясы
Rotating furnace
Айналма пеш – ойыс, осьтік симметриялы параболоид беттері бар заттарды (әдетте шыныдан) жасауға арналған құрылғы. Телескоптар мен күн пештеріне пайдалы!
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Айналатын пеш – осьтік симметриялы параболоидтардың бөліктерінен тұратын ойыс беттері бар қатты денелер жасауға арналған құрылғы. Көбінесе, бұл денелер шыныдан жасалады. Пеш, Ньютонға бұрыннан белгілі болған, айналмалы сұйықтықтың центробектік күш әсерінен қалыптасқан жоғарғы бетінің пішіні, шағылыстыратын телескоптың негізгі фокусқа жинақтайтын айнасының пішінімен сәйкес келетін ойыс параболоид екенін пайдаланады. Параболоидтарды түрлі мақсаттарда қолдануға болады, оның ішінде (күміспен жабылғаннан кейін) шағылыстыратын телескоптарда және күн пештерінде негізгі айна ретінде пайдалануға болады.
A rotating furnace is a device for making solid objects which have concave surfaces that are segments of axially symmetrical paraboloids. Usually, the objects are made of glass. The furnace makes use of the fact, which was known already to Newton, that the centrifugal force induced shape of the top surface of a spinning liquid is a concave paraboloid, identical to the shape of a reflecting telescope's primary focusing mirror. Paraboloids can be used in various ways, including (after being silvered) as primary mirrors in reflecting telescopes and solar cookers.
Дизайн
Пештің құрамында ашық үстіңгі бөлігі бар контейнерді тұрақты жылдамдықпен тік ось бойынша айналдыратын механизм бар. Айна жасауға жеткілікті мөлшерде шыны контейнерге салынады, толығымен балқығанша қыздырылады, содан кейін толығымен қатып қалғанша айналдыру жалғастырылады. Шыны қатып қалған кезде айналу тоқтатылады және оның жоғарғы бетінің параболоид пішіні сақталады. Бұл процесс спин-кастинг деп аталады. Осы процесспен қуыс параболоидты беті бар линза да жасауға болады. Екінші беті балқыған шыныны ұстап тұратын контейнердің пішінімен анықталады, ол қалып ретінде әрекет етеді. Осылай жасалған линзалар кейде сындырушы телескоптарда объектив ретінде қолданылады. Айналу осі параболоидтың осіне айналады. Бұл осьтің шыны контейнерінің ортасынан өтуі немесе тіпті контейнерден өтуі міндетті емес. Контейнерді осьтен алыстату арқылы осьтен тыс параболоид сегменттерін құюға болады. Бұл өте үлкен телескоптар жасау кезінде қолданылады, олардың айналары бірнеше сегменттерден тұрады.
The furnace includes a mechanism that rotates an open topped container at constant speed around a vertical axis. A quantity of glass sufficient to make the mirror is placed in the container, heated until it is completely molten, and then allowed to cool while continuing to rotate until it has completely solidified. When the glass is solid, the rotation is stopped and the paraboloidal shape of its top surface is preserved. This process is called spin casting. The same process can be used to make a lens with a concave paraboloidal surface. The other surface is shaped by the container that holds the molten glass acting as a mold. Lenses made this way are sometimes used as objectives in refracting telescopes. The axis of rotation becomes the axis of the paraboloid. It is not necessary for this axis to be in the center of the container of glass, or even for it to pass through the container. By placing the container away from the axis, off axis paraboloidal segments can be cast. This is done in the making of very large telescopes which have mirrors consisting of several segments.
Оралу жылдамдығы және фокустық қашықтық
Параболоидтың фокустық ұзындығы сұйықтықтың айналу жылдамдығымен келесі теңдеу арқылы байланысты: , мұндағы – фокустық ұзындық, – айналу жылдамдығы, ал – гравитациялық үдеу. Жер бетінде – шамамен 9,81 метр/секунд квадрат, демек – метр/секунд квадрат. Балама ретінде, 1 радиан/секунд шамамен 9,55 айналым/минут (RPM) тең болғандықтан, , мұндағы – фокустық ұзындық (метрмен), ал – айналу жылдамдығы (RPM).
The focal length of the paraboloid is related to the angular speed at which the liquid is rotated by the equation: , where is the focal length, is the rotation speed, and is the acceleration due to gravity. On the Earth's surface, is about 9.81 metres per second squared, so meters per second squared. Equivalently, as 1 radian per second is about 9.55 rotations per minute (RPM), , where is the focal length in metres, and is the rotation speed in RPM.
Қолданылуы
Жалпы алғанда, спиндік құйма параболоид телескоп айнасы немесе линза ретінде дереу пайдалануға жеткілікті дәлдікке ие болмайды, сондықтан ол компьютерлік бақылаудағы ұнтақтау машиналарымен түзетіледі. Ұнтақтаудың мөлшері және ысырап болатын шыны материалдарының массасы, айналдырусыз қажет болғаннан әлдеқайда аз. Спиндік құюды, көбінесе шыныдан басқа материалдармен, прототиптік параболоидтар жасау үшін де қолдануға болады, мысалы, прожекторлық шағылыстырғыштар немесе күн энергиясын шоғырландыру құрылғылары үшін, олар телескоп айналары сияқты нақты параболоид болуы міндетті емес. Барлық параболоидты айналдыру тым баяу және қымбатқа соғар еді, сондықтан прототип салыстырмалы түрде жылдам, арзан және жеткілікті дәлдікпен көшіріледі. Сұйық айналы телескоптарда сынап немесе галлийдің төмен балқу температуралы қорытпасы сияқты сұйық металдан жасалған айналар қолданылады. Бұл айналар қатып қалмайды және сұйық күйде және айналып тұрғанда пайдаланылады. Айналу оларды телескоптардағы негізгі шағылыстырғыштар ретінде қолдануға жеткілікті дәлдігі бар параболоидтарға айналдырады. Қаттыну кезінде және одан кейін туындайтын бұрмалануларға байланысты түзетуді қажет ететін спиндік құйма шыны айналарға қарағанда, бұл айналар мұндай түзетуді қажет етпейді.
Generally, a spin cast paraboloid is not sufficiently accurate to permit its immediate use as a telescope mirror or lens, so it is corrected by computer controlled grinding machines. The amount of grinding done, and the mass of glass material wasted, are much less than would have been required without spinning. Spin casting can also be used, often with materials other than glass, to produce prototype paraboloids, such as spotlight reflectors or solar energy concentrators, which do not need to be as exactly paraboloidal as telescope mirrors. Spin casting every paraboloid that is made would be too slow and costly, so the prototype is simply copied relatively quickly and cheaply and with adequate accuracy. Liquid mirror telescopes have rotating mirrors that consist of a liquid metal such as mercury or a low melting alloy of gallium. These mirrors do not solidify and they are used while liquid and rotating. The rotation shapes them into paraboloids that are accurate enough to be used as primary reflectors in telescopes. Compared with spin cast glass mirrors which need correction due to the distortions that arise during and after solidification, these mirrors require no such correction.