Forno rotante - Rotating furnace

Paraboloide assialmente simmetrico. La superficie interna è concava

Un forno rotante è un dispositivo per realizzare oggetti solidi che hanno superfici concave che sono segmenti di paraboloidi assialmente simmetrici . Solitamente gli oggetti sono in vetro . Il forno sfrutta il fatto, già noto a Newton , che la forma indotta dalla forza centrifuga della superficie superiore di un liquido rotante è un paraboloide concavo, identico alla forma dello specchio di focalizzazione primario di un telescopio riflettore.

I paraboloidi possono essere utilizzati in vari modi, anche (dopo essere stati argentati ) come specchi primari in telescopi riflettenti e fornelli solari .

Design

Forma parabolica formata da una superficie liquida in rotazione. Due liquidi di diversa densità riempiono completamente uno spazio ristretto tra due lastre di plexiglass. Lo spazio tra i fogli è chiuso in basso, ai lati e in alto. L'intero gruppo ruota attorno ad un asse verticale passante per il centro.

Il forno include un meccanismo che fa ruotare un contenitore a cielo aperto a velocità costante attorno a un asse verticale. Una quantità di vetro sufficiente per realizzare lo specchio viene posta nel contenitore, scaldata fino a completa fusione, e poi lasciata raffreddare continuando a ruotare fino a completa solidificazione. Quando la rotazione viene interrotta, il vetro è solido, quindi viene preservata la forma paraboloide della sua superficie superiore. Questo processo è chiamato spin casting .

Lo stesso procedimento può essere utilizzato per realizzare una lente con superficie paraboloide concava. L'altra superficie è modellata dal contenitore che contiene il vetro fuso fungendo da stampo. Le lenti realizzate in questo modo vengono talvolta utilizzate come obiettivi nei telescopi rifrattori .

L'asse di rotazione diventa l'asse del paraboloide. Non è necessario che questo asse sia al centro del contenitore di vetro, e nemmeno che passi attraverso il contenitore. Posizionando il contenitore lontano dall'asse, è possibile colare segmenti paraboloidi fuori asse. Questo viene fatto nella realizzazione di telescopi molto grandi che hanno specchi costituiti da diversi segmenti.

Modello matematico

Velocità di rotazione e lunghezza focale

La lunghezza focale del paraboloide è correlata alla velocità angolare alla quale il liquido viene ruotato dall'equazione: , dove è la lunghezza focale, è la velocità di rotazione, ed è l' accelerazione di gravità . Sulla superficie terrestre, è di circa 9,81 metri al secondo quadrato, quindi metri. Equivalentemente, come 1 radiante al secondo è circa 9,55 rotazioni al minuto ( RPM ), , dove è la lunghezza focale in metri ed è la velocità di rotazione in RPM. ${\displaystyle 2f\omega ^{2}=g}$${\displaystyle f}$${\displaystyle\omega}$${\displaystyle g}$${\displaystyle g}$${\displaystyle f\omega ^{2}\circa 4.905}$${\displaystyle fs^{2}\circa 447}$${\displaystyle f}$${\displaystyle}$

Usi

Generalmente, un paraboloide spin-cast non è sufficientemente preciso per consentirne l'uso immediato come specchio o lente del telescopio, quindi viene corretto da macchine di rettifica controllate da computer. La quantità di molatura eseguita e la massa di materiale vetroso sprecato sono molto inferiori a quanto sarebbe stato necessario senza la filatura.

Lo spin casting può anche essere utilizzato, spesso con materiali diversi dal vetro, per produrre prototipi di paraboloidi, come riflettori per riflettori o concentratori di energia solare, che non devono essere esattamente paraboloidi come gli specchi dei telescopi. Lo spin casting di ogni paraboloide realizzato sarebbe troppo lento e costoso, quindi il prototipo viene semplicemente copiato in modo relativamente rapido ed economico e con un'accuratezza adeguata.

I telescopi a specchio liquido hanno specchi rotanti costituiti da un metallo liquido come il mercurio o una lega di gallio a basso punto di fusione . Questi specchi non si solidificano e vengono utilizzati mentre sono liquidi e in rotazione. La rotazione li modella in paraboloidi sufficientemente precisi da essere utilizzati come riflettori primari nei telescopi. Rispetto agli specchi di vetro spin-cast che necessitano di correzione a causa delle distorsioni che si verificano durante e dopo la solidificazione, questi specchi non richiedono tale correzione.

Guarda anche

• Colata centrifuga
• Elenco dei più grandi telescopi ottici riflettori
• Colata rotante
• Spin casting (specchi)
• Telescopi a specchio liquido

Riferimenti