Forno rotativo - Rotating furnace

Parabolóide axialmente simétrico. A superfície interna é côncava

Um forno rotativo é um dispositivo para fazer objetos sólidos que têm superfícies côncavas que são segmentos de parabolóides axialmente simétricos . Normalmente, os objetos são feitos de vidro . A fornalha faz uso do fato, que já era conhecido por Newton , de que a forma induzida pela força centrífuga da superfície superior de um líquido em rotação é um parabolóide côncavo, idêntico ao formato do espelho de foco primário de um telescópio refletor.

Os parabolóides podem ser usados ​​de várias maneiras, incluindo (depois de serem prateados ) como espelhos primários em telescópios refletores e fogões solares .

Projeto

Forma parabólica formada por uma superfície líquida em rotação. Dois líquidos de densidades diferentes preenchem completamente um espaço estreito entre duas folhas de acrílico. A lacuna entre as folhas é fechada na parte inferior, nas laterais e na parte superior. Todo o conjunto está girando em torno de um eixo vertical que passa pelo centro.

O forno inclui um mecanismo que gira um recipiente com a tampa aberta em velocidade constante em torno de um eixo vertical. Uma quantidade de vidro suficiente para fazer o espelho é colocada no recipiente, aquecido até que esteja completamente derretido e então deixado esfriar enquanto continua girando até que esteja completamente solidificado. Quando a rotação é interrompida, o vidro é sólido, de modo que a forma parabolóide de sua superfície superior é preservada. Este processo é chamado de fundição por rotação .

O mesmo processo pode ser usado para fazer uma lente com uma superfície parabolóide côncava. A outra superfície é moldada pelo recipiente que contém o vidro fundido, atuando como um molde. As lentes feitas dessa maneira às vezes são usadas como objetivas em telescópios refratários .

O eixo de rotação se torna o eixo do parabolóide. Não é necessário que este eixo fique no centro do recipiente de vidro, nem mesmo passe pelo recipiente. Ao colocar o recipiente longe do eixo, segmentos parabolóides fora do eixo podem ser moldados. Isso é feito na fabricação de telescópios muito grandes, que possuem espelhos compostos por vários segmentos.

Modelo matemático

Velocidade de rotação e comprimento focal

O comprimento focal do parabolóide está relacionado com a velocidade angular na qual o líquido é girado pela equação:, onde é o comprimento focal, é a velocidade de rotação e é a aceleração da gravidade . Na superfície da Terra, é cerca de 9,81 metros por segundo quadrado, ou seja, metros. Da mesma forma, como 1 radiano por segundo é cerca de 9,55 rotações por minuto ( RPM ) , onde é o comprimento focal em metros e é a velocidade de rotação em RPM. ${\ displaystyle 2f \ omega ^ {2} = g}$${\ displaystyle f}$${\ displaystyle \ omega}$${\ displaystyle g}$${\ displaystyle g}$${\ displaystyle f \ omega ^ {2} \ approx 4.905}$${\ displaystyle fs ^ {2} \ approx 447}$${\ displaystyle f}$${\ displaystyle s}$

Usos

Geralmente, um parabolóide fundido por rotação não é suficientemente preciso para permitir seu uso imediato como espelho ou lente de telescópio, por isso é corrigido por retificadoras controladas por computador. A quantidade de moagem feita e a massa de material de vidro desperdiçada são muito menores do que seria necessário sem a fiação.

A fundição giratória também pode ser usada, muitas vezes com outros materiais que não o vidro, para produzir protótipos de parabolóides, como refletores de holofotes ou concentradores de energia solar, que não precisam ser exatamente parabolóides como espelhos telescópicos. O lançamento giratório de cada parabolóide feito seria muito lento e caro, então o protótipo é simplesmente copiado de forma relativamente rápida e barata e com precisão adequada.

Os telescópios de espelho líquido têm espelhos rotativos que consistem em um metal líquido como o mercúrio ou uma liga de gálio de baixo ponto de fusão . Esses espelhos não se solidificam e são usados ​​enquanto líquidos e em rotação. A rotação os transforma em parabolóides que são precisos o suficiente para serem usados ​​como refletores primários em telescópios. Em comparação com os espelhos de vidro fundido em rotação que precisam de correção devido às distorções que surgem durante e após a solidificação, esses espelhos não requerem tal correção.

Veja também

• Fundição centrífuga
• Lista dos maiores telescópios ópticos de reflexão
• Lançamento giratório
• Fundição giratória (espelhos)
• Telescópios de espelho líquido

Referências