تلسکوپ بازتابی – جلسه سوم

اهداف: آشنایی با سطوح کروی و سهموی- آشنایی با انواع سایش - شروع کار تراش و بررسی میزان گودشدگی

وسایل مورد نیاز: شیشه های دایره ای شکل - پودر های سمباده - میز کار - ثابت کنندهء شیشه - مقداری آب و لیوان یکبار مصرف

3-1 سطوح کروی و سهموی

قبل از آموزش نحوه تراش باید بدانیم آینه تلسکوپ بازتابی به چه نوع سطحی نیاز دارد. سطح آینه باید دارای ویژگی هایی باشد که نور ستاره ای را که از بی نهایت به آن می رسد در نقطه کانونی جمع کند. تنها سطحی که این خاصیت را دارد سطح سهموی است.

با این وجود اختلاف میان سطح کروی و سهموی به قدری ناچیز است که می توان از آن صرف نظر کرد و به جای سطح سهموی، از سطح کروی در آینه تلسکوپ استفاده کرد. همچنین تراش سطح کروی بسیار ساده تر از سطح سهموی است. ویژگی سطح کروی این است که اگر دو سطح داشته باشیم که یکی محدب و دیگری مقعر باشد ، اگر این دو سطح در تمامی جهات بر هم منطبق باشند این دو سطح حتماً کروی و با شعاع انحنای یکسان می باشند. از این خاصیت کره برای تراش سطوح کروی استفاده می کنند. به این ترتیب که دو عدد شیشه تخت را روی هم تراش می دهند تا یکی از آنها محدب و دیگری مقعر شود و این کار آنقدر ادامه می یابد تا در نهایت دو سطح در تمامی جهات بر هم منطبق شوند. در نهایت شیشه مقعر با سطح کروی در تلسکوپ استفاده خواهد شد.

3-2 انواع سایش

برای تراش آینه معمولاً از دو نوع سایش استفاده می شود. سایش بلند و سایش کوتاه 3/1.

در سایش بلند، آینه تقریباً به اندازه تمام قطرش روی ابزار جلو و عقب می شود و لبهء آینه به اندازه نصف قطر آینه از لبه ابزار فاصله می گیرد. این نوع سایش نواحی وسط آینه را سریع تر گود می کند اما انحنای حاصل یکنواخت نخواهد بود. به شكل زیر دقت كنید. خطوط نمایش داده شده، محل حركت مركز آینه بر روی ابزار را نشان می دهد. با این حركت آینه به اندازه 14 سانتی متر بر روی ابزار جلو و عقب می رود.

سایش بلند

در سایش کوتاه 3/1، آینه به اندازه یک سوم قطرش روی ابزار جلو وعقب می شود. یعنی مثلاً در آینه 14 سانتی متری ، آینه به اندازه 5/4 سانتی متر روی ابزار حرکت می کند. این نوع سایش گودی یکنواختی ایجاد می کند و سطح آینه به صورت کروی در می آید. در شکل زیر مسیر حرکت مرکز آینه بر روی ابزار مشخص شده است.

سایش کوتاه 3/1

برای یکنواخت شدن حرکات آینه بر روی ابزار و مشخص شدن زاویه‌ چرخش های آینه ابتدا از دایره مدرج شده (دایره ساعت) بر روی تخته ثابت کننده ابزار استفاده می شود. سپس شیشه آینه که بر روی ابزار می لغزد مدرج می شود. برای مدرج کردن شیشه آینه مانند دایره ساعت، ابتدا شیشه را به 12 قسمت مساوی تقسیم می کنیم که هر قسمت 30 درجه است. سپس با وسیله تیزی که کمی پشت شیشه آینه را خراش دهد، 12 قسمت را علامت کوچکی می زنیم و با ماژیک عددها را مانند اعداد ساعت شماره گذاری می کنیم. به شکل زیر دقت کنید.

مدرج كردن آینه و ابزار

3-3 شروع تراش آینه (Grinding)

حال برای شروع سایش هم ابزار و هم آینه مدرج شده است. ابتدا مقداری از پودر سمباده شماره 1را داخل لیوان یکبار مصرف ریخته و مقداری آب ( تا اندازه ای که روی پودر را بگیرد) به آن اضافه می کنیم. ابزار را در جای مشخص شده در ثابت کننده قرار می دهیم، اگر ابزار در چایش می لغزد از یک تکه واشر بین شیشه و تکه چوب ها استفاده کنید تا شیشه کاملاً ثابت شود. حال دو تا سه قاشق چای خوری از مخلوط پودر سمباده و آب را بر روی ابزار می ریزیم و در سطح ابزار پخش می کنیم سپس آینه اصلی را روی ابزار قرار داده و برای شروع سایش بلند به شکل دایره ساعت توجه می کنیم.

ثابت كردن شیشه ابزار

دایره داخلی در شکل دایره ساعت همان طور که گفته شد جایگاه قرار گرفتن شیشه ابزار است. دایره متوسط محدوده سایش های کوتاه و دایره بزرگ تر محدوده سایش های بلند را مشخص می کند. در سایش بلند مرکز شیشه بیشتر از لبه های آن ساییده می شود، در نتیجه شیشه گود می شود ولی در سایش کوتاه، لبه های شیشه بیشتر از مرکز آن ساییده خواهد شد. چون در ابتدا آینه تخت است باید مرکز آینه ساییده شود. به همین منظور ابتدا از پودر شماره 1 (پودر دانه درشت تر) و سایش‌های بلند استفاده می شود.

همان‌طور كه در تصاویر سایش های بلند و كوتاه مشاهده نمودید، نوع حرکتی که آینه روی ابزار خواهد داشت به صورت حركت زیكزاكی یا W شكل می باشد. به این ترتیب عدد 12 شیشه آینه را بر روی عدد 12 ابزار قرار می دهیم و با قدرت، حدود 40 تا 50 بار آینه را به صورت زیكزاكی تا محدوده سایش بلند جلو و عقب می بریم. این مرحله باید به صورت متناوب انجام شود. سپس مجدداً مقداری پودر و آب بین آینه و ابزار می ریزیم. نكته مهم در این مرحله نحوه چرخاندن آینه و ثابت كننده است. بعد از اتمام تراش در بخش اول، ابتدا به اندازه30 درجه یا یك ساعت آینه را در جهت عقربه های ساعت (ساعتگرد) می چرخانیم، یعنی عدد 12 آینه بر روی عدد 1 ابزار قرار می گیرد،‌ حال ثابت كننده را به اندازه 30 درجه یا همان یك ساعت در جهت عقربه های ساعت (ساعتگرد) می چرخانیم. دقت كنید حال عدد 11 ثابت كننده رو به روی صورتمان قرار گرفته و عدد 10 آینه روی عدد 11 ابزار قرار می گیرد. سایش را ادامه می‌دهیم و مانند مرحله قبل 40 بار آینه را تا محدوده سایش بلند به صورت زیكزاكی جلو و عقب می بریم. به‌همین ترتیب کار را ادامه می دهیم و مجدداً بین ابزار و آینه مخلوط پودر و آب ریخته، چرخش 30 درجه در آینه و ابزار اعمال می كنیم و سایش ادامه پیدا می کند. به عکس و فیلم زیر توجه فرمایید.

سایش بلند با پودر شماره 1

نکته: زمان اضافه کردن پودر سمباده شماره 1 را از صدای خراشیده شدن آینه ها نیز می توان تشخیص داد. بعد از کمی تراش پودر نرم خواهد شد و صدای سایش تغییر پیدا می کند. این زمانی است که باید مجدداً مخلوط پودر و آب بین دو شیشه اضافه شود.

هنگام کار با پودر شماره 1 و تراش آینه باید فشار دست بر روی آینه و ابزار زیاد باشد تا سایش بهتر صورت گیرد. پس از یک دور تراش یعنی زمانی که عدد 12 ابزار مجدداً رو به روی صورتمان قرار گرفت گودشدگی مرکز دایره کاملاً محسوس است. بعد از سه تا چهار دور عمل سایش با پودر شماره 1، میزان گودشدگی (فاصله کانونی) آینه را اندازه می‌گیریم.

تصویر مات آینه بعد از یك دور تراش

نکته: برای آنکه کار دقیق تر انجام شود، مراحل سایش را ثبت کنید. تهیه‌ی جدول زیر در ثبت کار سایش، به شما کمک خواهدکرد.

3-4 بررسی میزان گود شدگی

به چند روش می توان میزان گود شدگی آینه را در این مرحله اندازه گرفت :

3-4-1 اندازه گیری فاصله کانونی با نور خورشید:

برای آنکه فاصله کانونی شیشه ای را که تاکنون تراش داده ایم، بدست آوریم، سمت گود شده آینه را کمی خیس کرده تا لایه نازکی از آب روی آن قرار گیرد و هنگامی که آفتاب بالا آمد، نرا به طرف خورشید می‌گیریم، به نحوی که مقابل یک دیوار صاف ایستاده ایم یا کاغذ سفیدی مقابل خود قرار داده ایم. زاویه‌ی ایجاد شده از پرتویی که به آینه وارد می شود و پرتویی که از آینه به سمت دیوار یا کاغذ بازتابش می‌شود حدود 45 تا 60 درجه است. آینه را عقب و جلو می‌بریم تا نقطه ای بر روی دیوار بیابیم که در آن نور خورشید متمرکز شده است. این نقطه همان کانون آینه است.

متمركز شدن پرتوهای خورشید بر روی دیوار

با استفاده از متر فاصله بین آینه و نقطه نورانی بر روی كاغذ را اندازه می‌گیریم. این همان فاصله کانونی آینه است كه به صورت تقریبی بدست می آید. در این مرحله فاصله کانونی که به دست خواهد آمد (برای شیشه ای به قطر 14 سانتی متر) باید در حدود 125 تا 130 سانتی‌متر باشد. اگر فاصله کانونی بدست آمده در این محدوده قرار دارد کار با پودر شماره 1 کافی است ولی اگر بیش‌تر از آن است، باید کمی کار با پودر شماره 1را ادامه داد و فاصله کانونی را دوباره اندازه‌گیری کنیم. اما اگر فاصله كانونی، كم‌تر از این حد به دست آمده باشد به این معنا است كه آینه را بیش‌تر از حد معمول گود كرده‌ایم، برای تصحیح این خطا، كافی است جای آینه و ابزار را با هم عوض كنیم و چند سایش نیمه بلند انجام دهیم. با این كار، لبه‎های آینه تراش می‌خورد و فاصله كانونی آن افزایش می‎یابد.

3-4-2 اندازه گیری فاصله کانونی بر اساس گودی ایجاد شده در آینه :

برای این کار می توان گودی ایجاد شده در آینه را که در حدود 1 تا 1/1 میلی‌متر خواهد بود توسط ابزارهای اندازه گیری، نظیر کولیس به صورت دقیق اندازه گرفت. اگر كولیس در اختیار نبود، به این روش عمل كنید. آینه را به شکلی که طرف گود آن روبه بالا باشد بر روی سطحی صاف قرار می دهیم و یک خط کش را روی آینه می‌گذاریم تا لبه آن از مرکز آینه بگذرد با توجه به فاصله لبه خط کش تا مرکز آینه میزان گود شدگی سنجیده می شود. یک سکه را كه ضخامت حدود 1 میلی متر دارد انتخاب می‌كنیم و در وسط آینه قرار می‌دهیم، سپس لبه خط کش را روی آن قرار می دهیم، چنانچه لبه های آینه از دو طرف با خط کش تماس داشته باشدگود شدگی کامل است.

گودی ایجاد شده به اندازه یك سكه

حال می توان با استفاده از رابطه زیر فاصله کانونی آینه را به دست آورید كه در آن F فاصله کانونی، D قطر آینه و h میزان گودشدگی آینه است. در این رابطه واحد ها بر حسب میلی متر می باشد.

همچنین با استفاده از رابطه زیر می‌توان فاصله كانونی مناسب را بر اساس قطر آینه به دست آورد. در این رابطه واحد ها بر حسب سانتی‌متر می باشد.

F³ = 34.9×D⁴

نكته: تراش با پودر شماره ۱ را تا جایی باید ادامه داد که فاصله کانونی آینه حدود ۲۰ سانتی‌متر بیشتر از فاصله کانونی مورد نیاز باشد زیرا در تراش‌های بعدی کمی از فاصله کانونی کاسته شده و در نهایت به میزان مورد نظر می‌رسیم.

تکلیف 1: مراحل تراش آینه خود را در جدول ذكر شده ثبت نمایید، می‌توانید برای تكمیل جدول، از مراحل كار عکس برداری كرده و به جدول اضافه نمایید. جدول كامل شده را برای ما ارسال نمایید.

تكلیف2: با استفاده از فرمول‌ها و تكنیك‌های آموزش داده شده، فاصله كانونی و میزان گودشدگی آینه خود را اندازه گیری نموده و محاسبات خود را برای ما ارسال نمایید.

محل بازدید/ اردو/ خرید: برای این جلسه می توانید از كارگاه‌های عدسی تراشی بازدید نمایید و از نزدیك با نحوه تراش عدسی آشنا شوید.

منابع مطالعه: برای اصلاع بیشتر در مورد تراش آینه و تلسکوپ‌ها به منبع زیر مراجعه نمایید.

-كتاب انگلیسی زبان Telescope Optics / نوشته هری راتن و مارتین وان، شما را با ساختار و طراحی تلسكوپ‌ها آشنا می‌سازد.

- این فایل بخش دوم مقاله تلسكوپ بسازیم از مجله نجوم است. 

- سایت دانشنامه ستاره شناسی شما را با اصطلاحات و تعاریف نجوم و تلسکوپ آشنا می‌سازد.

www.haftaseman.ir

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان

تهیه: الهام گارسچی - تنظیم: داودی

تلسکوپ بازتابی - جلسه اول

تلسکوپ بازتابی - جلسه دوم

تلسکوپ بازتابی - جلسه سوم

تلسکوپ بازتابی - جلسه چهارم

تلسکوپ بازتابی - جلسه پنجم

تلسکوپ بازتابی - جلسه ششم

تلسکوپ بازتابی - جلسه هفتم

تلسکوپ بازتابی - جلسه هشتم