Вращающаяся печь - Rotating furnace

Осесимметричный параболоид. Внутренняя поверхность вогнутая

Вращающаяся печь представляет собой устройство для изготовления твердых объектов , которые имеют вогнутые поверхности , которые являются сегментами осесимметричных параболоидов . Обычно предметы изготавливаются из стекла . В печи используется тот факт, который был известен еще Ньютону , что вызванная центробежной силой форма верхней поверхности вращающейся жидкости представляет собой вогнутый параболоид, идентичный форме главного фокусирующего зеркала отражающего телескопа.

Параболоиды можно использовать по-разному, в том числе (после посеребрения ) в качестве основных зеркал в отражающих телескопах и солнечных батареях .

Дизайн

Параболическая форма, образованная вращающейся поверхностью жидкости. Две жидкости разной плотности полностью заполняют узкое пространство между двумя листами оргстекла. Зазор между листами закрывается снизу, по бокам и вверху. Вся сборка вращается вокруг вертикальной оси, проходящей через центр.

Печь включает механизм, который вращает контейнер с открытым верхом с постоянной скоростью вокруг вертикальной оси. Стекло, достаточное для изготовления зеркала, помещают в контейнер, нагревают до полного расплавления, а затем дают остыть, продолжая вращаться, пока оно полностью не затвердеет. Когда вращение прекращается, стекло становится твердым, поэтому параболоидальная форма его верхней поверхности сохраняется. Этот процесс называется центробежным литьем .

Таким же способом можно изготовить линзу с вогнутой параболоидальной поверхностью. Другая поверхность сформирована контейнером, в котором находится расплавленное стекло, действующим как форма. Изготовленные таким образом линзы иногда используются в качестве объективов в преломляющих телескопах .

Ось вращения становится осью параболоида. Необязательно, чтобы эта ось находилась в центре стеклянной емкости или даже проходила через нее. Размещая контейнер подальше от оси, можно отливать внеосевые параболоидальные сегменты. Это делается при создании очень больших телескопов с зеркалами, состоящими из нескольких сегментов.

Математическая модель

Скорость вращения и фокусное расстояние

Фокусное расстояние параболоида связано с угловой скоростью, с которой жидкость вращается, с помощью уравнения:, где - фокусное расстояние, - это скорость вращения, а - ускорение свободного падения . На поверхности Земли это около 9,81 метра на секунду в квадрате, то есть метра. Эквивалентно, поскольку 1 радиан в секунду составляет около 9,55 оборотов в минуту ( об / мин ) , где - фокусное расстояние в метрах, а - скорость вращения в об / мин. ${\ displaystyle 2f \ omega ^ {2} = g}$${\ displaystyle f}$${\ displaystyle \ omega}$${\ displaystyle g}$${\ displaystyle g}$${\ displaystyle f \ omega ^ {2} \ около 4,905}$${\ displaystyle fs ^ {2} \ приблизительно 447}$${\ displaystyle f}$${\ displaystyle s}$

Использует

Как правило, параболоид, полученный методом центрифугирования, не является достаточно точным, чтобы его можно было сразу использовать в качестве зеркала или линзы телескопа, поэтому он корректируется шлифовальными станками с компьютерным управлением. Объем шлифовки и масса потраченного стекломатериала намного меньше, чем потребовалось бы без прядения.

Спин-литье также можно использовать, часто с материалами, отличными от стекла, для производства прототипов параболоидов, таких как отражатели прожекторов или концентраторы солнечной энергии, которые не обязательно должны быть такими же параболоидальными, как зеркала телескопов. Закручивание каждого сделанного параболоида было бы слишком медленным и дорогостоящим, поэтому прототип просто копируется относительно быстро, дешево и с достаточной точностью.

Жидко-зеркальные телескопы имеют вращающиеся зеркала , которые состоят из жидкого металла , такие как ртуть или легкоплавкий сплав из галлия . Эти зеркала не затвердевают и используются в жидком и вращающемся состоянии. Вращение превращает их в параболоиды, достаточно точные, чтобы их можно было использовать в качестве основных отражателей в телескопах. По сравнению с зеркалами из центробежного стекла, которые нуждаются в коррекции из-за искажений, возникающих во время и после затвердевания, эти зеркала не требуют такой коррекции.

Смотрите также

• Центробежное литье
• Список крупнейших оптических телескопов-отражателей
• Спин-кастинг
• Спин-литье (зеркала)
• Жидкозеркальные телескопы

Рекомендации