تلسکوپ بازتابی – جلسه پنجم
اهداف: آشنایی با نحوه سهموی كردن آینه - آشنایی با نحوه تست آینه- آشنایی با نحوه تصحیح آینه
وسایل مورد نیاز: لامپ 10 وات و سرپیچ- چند قطعه چوب با ضخامت متفاوت- قوطی مقوایی - تیغ - كاغذ
5-1 سهموی كردن آینه
تا این مرحله آینه را تراش داده و پرداخت نموده ایم. نحوه حركات منظم سایشی در مرحله پرداخت، برای به دست آمدن سطح كروی مطلوب، بسیار اهمیت دارد. اگر تمام مراحل کار به درستی طی شده باشد سطح حاصله باید کروی باشد. اگر فاصله کانونی سطح بدست آمده از مقدار گفته شده در قسمت اول (حداقل 114 سانتی متر، برای شیشه ای با قطر 14 سانتی متر) بیشتر باشد، سطح کروی بسیار مناسب است و نیازی نیست، سطح را سهموی کنیم. ولی اگر فاصله کانونی از حداقل گفته شده کمتر باشد، سطح را سهموی می‌كنیم.
معمولاً در تلسكوپ‌های دست ساز كه قطر آینه آنها در مقیاس كوچك‌تری ساخته می‌شود، تفاوت سطح كروی با سهموی بسیار ناچیز است ولی اگر بخواهیم سطح آینه را سهموی كنیم، کافی است در پایان پرداخت با چند حرکت بلند (دو سوم)، شکلی سهموی به آینه خود دهیم. یا آنكه شیارهای ایجاد شده بر روی پرداختگر را از مركز به سمت لبه‌ها عریض برش دهیم، مانند شكل زیر، به این ترتیب مربع‌های ایجاد شده در كناره‌های پرداختگر كوچك‌تر می شود و هنگام سایش مركز آینه سریع‌تر گود خواهد شد.
تصویر سطح پرداختگر برای سهموی كردن آینه
اما تلاش ما بر این است که سطح حاصله کروی شود و فاصله کانونی بیشتر از 114 سانتی متر داشته باشیم. حال برای آنکه از کروی بودن سطح آینه اطمینان حاصل کنیم باید آینه را تست کنیم. در صورت اطمینان از کیفیت مطلوب، می توان آینه را اندود کرد.
5-2 نحوه تست آینه
همانطور که قبلاً ذکر شد برای تعیین فاصله کانونی آینه می‌توان از روش تعیین فاصله کانونی با کمک نور خورشید استفاده نمایید. این روش بسیار ساده و بدون هزینه است اما دقیق نیست. برای اطلاع از کیفیت مطلوب سطح آینه و تعیین فاصله کانونی دقیق، تست زیر را انجام می‌دهیم كه به تست كرویت یا تست فوكو معروف است.
این آزمایش اولین بار توسط لئون فوکالت، اختراع گردید. فوكالت مبنای آزمایش خود را بر اساس ویژگی‌های یك سطح كروی قرار داد، به این ترتیب كه اگر جسمی را در مركز یك آینه با سطح كروی قرار دهیم، تصویر بدست آمده به‌صورت وارونه در مرکز آینه و هم اندازه با جسم تشکیل می شود. همچنین اگر جسمی که در مرکز آینه قرار دارد را به یک سمت محور اصلی آینه انتقال دهیم، تصویر ایجاد شده باید در همان فاصله از محور اصلی اما در طرف مخالف تشکیل شود.
فوکالت در آزمایش خود شکاف باریکی از نور را در مرکز یک آینه کروی قرار داد. سپس تیغه‌ای را به موازات شکاف نور در مرکز آینه قرارداد. حال اگر سطح آینه کاملاً کروی باشد، تصویر شکاف باریک در مرکز آینه تشکیل خواهد شد. در این صورت اگر تیغه ای را درست در محل تشکیل تصویر یا نقطه C قرار دهیم، مسیر نور به طور کامل مسدود خواهد شد. در این حالت اگر از پشت تیغه به آینه نگاه کنیم سطح آن کاملآ تاریک خواهد بود.
در همین حالت اگر تیغه را به آینه نزدیک کنیم، مطابق شكل شماره 1 تیغه مسیر نوری را که از طرف چپ آینه منعکس می‌شود مسدود کرده و طرف چپ آینه تاریک خواهد شد. و اگر تیغه را از آینه دور کنیم، تیغه مسیر نوری را که از طرف راست آینه منعکس شده مسدود کرده و در نتیجه طرف راست آینه تاریک دیده خواهد شد. مانند شكل شماره 2 .
توضیح هندسی تست فوكالت
5-1-1 ساخت آزمونگر
انجام این آزمایش بسیار ساده است و با استفاده از چند تكه چوب، یك منبع نور، تیغ و مقداری مقوا می‌توان به راحتی وسایل مورد نیاز این مرحله را ساخت. این وسایل شامل دو قسمت می باشد. قسمت اول یک پایه چوبی است که وظیفه نگه داشتن آینه را بر عهده خواهد داشت. می‌توان با كمی تغییر از تخته ای كه در مرحله‌ی سایش از آن استفاده می شد به عنوان نگهدارنده آینه استفاده كرد. جهت احتیاط، آینه را از پشت با چسب کاغذی یا نوار چسب به نگهدارنده بچسبانید. توجه داشته باشید نگهدارنده آینه باید قابلیت تنظیم ارتفاع داشته باشد. از خلاقیت خود بهره بگیرید، می‌توانید برای تنظیم ارتفاع مناسب ثابت كننده، از تخته چوبی، پیچ یا حتی كتاب استفاده نمایید. به تصویر زیر دقت نمایید.
ثابت کردن آینه اصلی
قسمت دوم آزمونگر است. ابتدا یک تخته چوبی نسبتاً ضخیم، برای قرار دادن اجزاء مختلف آزمونگر در نظر می‌گیریم. آزمونگر شامل یك منبع نوری است كه می‌توان از یك لامپ كوچك 10 وات به عنوان منبع نوری استفاده كرد. توجه داشته باشید لامپ مورد نظر باید مات باشد. (اگر لامپ مات در اختار نیست، می توان یک تکه کاغذ مویی را از پشت در محل شکاف باریک و شکاف مربعی شکل قرار داد) محل قرار‌گیری لامپ را روی تخته چوبی مشخص کرده و آن را ثابت می‌كنیم.
آزمونگر
علاوه بر منبع نوری برای ایجاد باریکه نور به یک قوطی مقوایی نیاز داریم. مقوای مورد استفاده باید تیره رنگ باشد تا در نتیجه آزمون خللی وارد نشود. محل قرار گرفتن قوطی مقوایی بر روی لامپ است. بنابراین ابعاد قوطی را بر اساس محیط لامپ و سرپیچ آن در نظر می‌گیریم. برای ایجاد شیاری به ضخامت نیم میلی‌متر، در قسمتی از مقوا که در مقابل لامپ قرار خواهد گرفت، برشی مستطیل شکل با ابعاد 1 در 1/5 سانتی متر ایجاد می‌كنیم. سپس دو عدد تیغه ریش تراش را به فاصله 0/5 میلی متر از هم از پشت به مقوا می‌چسبانیم. به شكل زیر دقت نمایید.
شیار قوطی مقوایی
در طرف دیگر قوطی مقوایی، برشی مربع شکل با ابعاد 1×1سانتی متر ایجاد می‌کنیم. بهتر است برای این برش مربع شكل یك درپوش مقوایی تهیه كنیم تا هنگام انجام آزمایش، نور این شکاف چشم را اذیت نکند، و در مواقع لازم بتوان جلوی نور این شکاف را مسدود کرد.
شکاف مربع شکل و درپوش آن
از دیگر اجزاء آزمونگر تیغه شماره 2 می‌باشد. برای تهیه‌ی این بخش یك تیغه ریش تراش را به شكلی روی كاغذ می‌چسبانیم كه لبه تیز تیغ كمی از لبه كاغذ خارج شود، سپس كاغذ را دولا كرده و به لبه‌ی دیگر تیغ می‌چسبانیم. هنگام انتخاب اندازه كاغذ دقت نمایید که ارتفاع تیغه شماره 2 باید هم ارتفاع با شکاف و درست موازی با آن باشد. مانند تصاویری که در بالا نمایش داده شد. تیغه و كاغذ را باید به شكلی به پایه اصلی متصل كنیم كه توانایی حرکت در چهار جهت اصلی را داشته باشد. برای ایجاد چنین شرایطی تیغه را همراه كاغذ بر روی تخته چوبی نصب می‌كنیم كه قابلیت حركت داشته باشد. این كار به سادگی قابل اجرا است، كافی است یك تكه چوب نازك را اندازه بگیریم و مركز آن را مطابق شكل زیر برش دهیم، این برش با كمك پیچی كه در تخته اصلی قرار می‌دهیم، توانایی حركت تیغه دوم را ایجاد می‌كند.
قابلیت حرکت تیغه دوم در چهار جهت اصلی
نكته: قبل از انجام آزمایش چند بار تخته ای را كه حامل تیغه‌ی شماره 2 است، در جهات مختلف حركت داده و از روان بودن آن مطمئن شوید تا هنگام انجام آزمایش تمركز كافی داشته باشید.
برای ساخت آزمونگر و ثابت كننده‌ی آینه خلاقانه عمل كنید. با استفاده از وسایلی كه در اختیار دارید، این دو وسیله را به سلیقه‌ی خود تهیه نمایید. حتی می‌توان تیغه شماره 2 را با دست حركت داد ولی بهتر است هنگام انجام آزمایش، شرایط راحتی برای خود فراهم آورید تا دقت عمل آزمایش افزایش یابد.
بعد از ساخت ثابت كننده و آزمونگر، توجه نمایید كه این دو وسیله باید نسبت به چشم همتراز سوار شوند. پس بهتر است هر دو وسیله را بر روی چهارپایه ای با ارتفاع حدود 90 سانتی متر قرار داده تا آزمون کننده به راحتی پشت آزمونگر بر روی صندلی بنشیند و آزمایش را انجام دهد. همچنین دستگاه باید در موقعیتی باشد که تا پایان کار دستخوش لرزش و جابجایی نشود. برای آنکه تغییرات دما در انجام آزمایش خللی وارد نکند بهتر است تجهیزات و آینه را از ارتعاش و جریان هوای سرد دور نگه داشت. همچنین بهتر است چند ساعت قبل از انجام آزمایش آینه را بر روی نگهدارنده محکم کنیم تا از تماس مستقیم دست با آینه خودداری شود.
5-1-2 نحوه انجام تست فوكو
بعد از ساخت تجهیزات آزمایش و ایجاد شرایط مناسب، آزمایش را آغاز می‌كنیم، توجه داشته باشید اتاقی که در آن آزمایش انجام خواهد شد باید تاریک باشد. البته وجود مقدار کمی روشنایی در اتاق مطلوب است. ابتدا درپوش مقوایی را به شكلی روی لامپ قرار می‌دهیم که برش مربع شكل قسمت جلو قرار داشته باشد. تیغه شماره 2 را با شکاف همتراز می‌کنیم. حال باید محل قرار گرفتن آینه را رو‌به روی آزمونگر تعیین كنیم. با عقب و جلو بردن آینه و تنظیم ارتفاع آن باید تصویر شکاف بر روی کاغذ تشکیل شود. این کار را آنقدر ادامه می‌دهیم تا تصویر واضح و هم ارتفاع با شکاف شود. در این حالت فاصله آینه از شکاف برابر با شعاع انحنای آینه و دوبرابر فاصله كانونی است. با اندازه‌گیری این فاصله و نصف کردن آن می‌توانید فاصله کانونی دقیق آینه خود را به دست آورید.
تصویر شكاف مربع شكل بر روی كاغذ
نکته: شعاع انحنا، شعاع دایره‌ای است که آینه قسمتی از آن می باشد. به این معنا که اگر دو انتهای لبه آینه را با خطی فرضی امتداد دهیم و دایره‌ای بوجود آوریم، فاصله مرکز دایره تا محیط کره آینه، شعاع انحنا نامیده می‌شود.
این مرحله از كار انجام شد تا تصویر واضح در مركز آینه تشكیل شود و فاصله كانونی دقیق آینه مشخص شود. حال شكاف مربع شكل را با در پوش می‌پوشانیم و جهت جعبه مقوایی را عوض می‌کنیم تا شکاف باریک‌تر در قسمت جلو قرار گیرد. ابتدا تیغه شماره 2 را دردورترین فاصله از شکاف قرار می‌دهیم. در این حالت تمام سطح آینه روشن دیده شود.
تصویر آینه از پشت تیغه شماره 2
حال تیغه را به شکاف نزدیک می‌کنیم، با این حركت قسمتی از سطح آینه تاریک دیده خواهد شد. اگر قسمت چپ آینه تاریک شد، به این معنی است كه فاصله تیغه از آینه کمتر از شعاع انحنای آینه است و اگر قسمت تاریک در سمت راست آینه قرار داشته باشد یعنی فاصله تیغه از آینه بیشتر از فاصله کانونی است. به شکل "توضیح هندسی تست فوكالت" دقت نمایید.
تیغه را آن قدر عقب و جلو ببرید تا نقطه وسط این دو حالت یعنی نقطه C را بیابیم. اگر سطح آینه کاملاً کروی باشد، با قرار گرفتن تیغه شماره 2 در نقطه C ، سطح آینه به طور کامل و یكنواخت تاریک خواهد شد. شكل شماره 3 در تصویر "توضیح هندسی تست فوكالت" نشان دهنده آینه‌ای با سطح كروی مطلوب است و شكل شماره 4 نشان دهنده سطحی نامطلوب است چون تاریكی ایجاد شده بر سطح آینه یكنواخت نیست.
اگر نتیجه مطلوب بدست آمد،آینه تراش داده شده کاملاً کروی است و می توان آن را اندود کرد. ولی اگر هنگام قرار گرفتن تیغه شماره 2 در نقطه C، سطح آینه به طور یکنواخت تاریک نشد، آینه کاملاً کروی نیست و نیاز به تصحیح دارد.
مرحله تصحیح، مرحله زمانبری است و نیاز به دقت دارد. اگر آینه شما نیاز به تصحیح دارد، به مقاله موجود در منابع مطالعه که برگرفته از مجله نجوم بهمن74 است، مراجعه نمایید.
تکلیف 1: برای ساخت آزمونگر چه راه های دیگری پیشنهاد می‌کنید؟ آزمونگر را با ابتکار خود بسازید و تصاویر آن را برای ما ارسال نمایید.
تکلیف2: مراحل مختلف آزمون را با تصویر یا بصورت مکتوب ثبت نمایید. نتایج را برای ما ارسال نمایید.
محل بازدید/ اردو/ خرید: _____________________
منابع مطالعه: برای آشنایی با مرحله تصحیح آینه و نورشناسی منابع زیر را مطالعه نمایید.
-کتاب نور/ نویسنده: ج.بال / مترجم: شاهده سعیدی/ انتشارات موسسه فرهنگی فاطمی
بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان
تهیه: الهام گارسچی - تنظیم: داودی
