Вращающаяся печь - Rotating furnace

Осесимметричный параболоид. Внутренняя поверхность вогнутая

А вращающаяся печь это устройство для изготовления твердых предметов, которые имеют вогнутые поверхности, которые являются сегментами осесимметричный параболоиды. Обычно предметы изготавливаются из стекло. В печь использует факт, который уже был известен Ньютон, 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 посеребренный ) в качестве основные зеркала в отражающие телескопы и солнечные плиты.^[1]

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 спиннинг.

Тот же процесс можно использовать для изготовления линза с вогнутой параболоидальной поверхностью. Другая поверхность сформирована контейнером, в котором находится расплавленное стекло, действующим как форма. Изготовленные таким образом линзы иногда используются как цели в преломляющие телескопы.

Ось вращения становится осью параболоида. Необязательно, чтобы эта ось находилась в центре стеклянной емкости или даже чтобы она проходила через емкость. 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

Для теоретического объяснения см. Жидкозеркальный телескоп § Объяснение равновесия.

Скорость вращения и фокусное расстояние

Фокусное расстояние параболоида связано с угловой скоростью, с которой жидкость вращается, уравнением: ${\displaystyle 2f\omega ^{2}=g}$, куда ${\displaystyle f}$ фокусное расстояние, ${\displaystyle \omega }$ - скорость вращения, а ${\displaystyle g}$ это ускорение силы тяжести. Они должны быть в совместимых единицах, например, ${\displaystyle f}$ может быть в метрах, ${\displaystyle \omega }$ в радианах в секунду, и ${\displaystyle g}$ в метрах на секунду в квадрате. Угловая единица в ${\displaystyle \omega }$ должно быть радианы. 1 радиан в секунду - это примерно 9,55 оборотов в минуту (Об / мин ). На поверхности Земли ${\displaystyle g}$ составляет около 9,81 метра на секунду в квадрате. Ввод этих чисел в уравнение дает приближение: ${\displaystyle fs^{2}\approx 447}$, куда ${\displaystyle f}$ - фокусное расстояние в метрах, а ${\displaystyle s}$ скорость вращения в об / мин.

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.

Жидкозеркальные телескопы имеют вращающиеся зеркала, которые состоят из жидкого металла, такого как Меркурий или легкоплавкий сплав из галлий. Зеркала не затвердевают, а используются в жидком состоянии и во вращении. Вращение превращает их в параболоиды, достаточно точные, чтобы их можно было использовать в качестве основных отражателей в телескопах. Коррекция формы не требуется. Зеркала из литого стекла нуждаются в коррекции из-за искажений, возникающих во время и после затвердевания.

Смотрите также

• Центробежное литье
• Список крупнейших оптических отражающих телескопов
• Спин-кастинг
• Спин-литье (зеркала)

Рекомендации

1. http://solarcooking.org/research/SpinningParaboicConcentrators.htm