Вращающаяся печь — это устройство для изготовления твердых объектов, имеющих вогнутые поверхности, которые являются сегментами аксиально-симметричных параболоидов . Обычно объекты изготавливаются из стекла . Печь использует факт, уже известный Ньютону , что центробежная сила, создающая форму верхней поверхности вращающейся жидкости, представляет собой вогнутый параболоид, идентичный форме главного фокусирующего зеркала рефлекторного телескопа.
Параболоиды можно использовать различными способами, в том числе (после серебрения ) в качестве главных зеркал в рефлекторных телескопах и солнечных печах . [1]
Печь включает в себя механизм, который вращает открытый сверху контейнер с постоянной скоростью вокруг вертикальной оси. Количество стекла, достаточное для изготовления зеркала, помещается в контейнер, нагревается до полного расплавления, а затем охлаждается, продолжая вращение до полного затвердевания. Когда стекло затвердевает, вращение прекращается, и параболоидальная форма его верхней поверхности сохраняется. [2] [3] Этот процесс называется центробежным литьем .
Тот же процесс можно использовать для изготовления линзы с вогнутой параболоидной поверхностью. Другая поверхность формируется контейнером, в котором находится расплавленное стекло, выступающее в качестве формы. Линзы, изготовленные таким образом, иногда используются в качестве объективов в рефракторных телескопах .
Ось вращения становится осью параболоида. Не обязательно, чтобы эта ось находилась в центре стеклянного контейнера или даже проходила через контейнер. Размещая контейнер вдали от оси, можно отливать внеосевые параболоидные сегменты. Это делается при изготовлении очень больших телескопов, которые имеют зеркала, состоящие из нескольких сегментов.
Фокусное расстояние параболоида связано с угловой скоростью, с которой вращается жидкость, уравнением: , где — фокусное расстояние, — скорость вращения, — ускорение свободного падения . На поверхности Земли составляет около 9,81 метра в секунду в квадрате, то есть метров в секунду в квадрате. [3] Эквивалентно, так как 1 радиан в секунду составляет около 9,55 оборотов в минуту ( об/мин ), , где — фокусное расстояние в метрах, — скорость вращения в об/мин.
Обычно параболоид, отлитый методом спин-литья, недостаточно точен, чтобы его можно было сразу использовать в качестве зеркала или линзы телескопа, поэтому его корректируют с помощью шлифовальных машин с компьютерным управлением. Объем шлифовки и масса стеклянного материала, испорченного впустую, намного меньше, чем потребовалось бы без спин-литья.
Литье центрифугированием также может использоваться, часто с материалами, отличными от стекла, для производства прототипов параболоидов, таких как рефлекторы прожекторов или концентраторы солнечной энергии, которые не должны быть такими же точно параболоидными, как зеркала телескопа. Литье центрифугированием каждого изготовленного параболоида было бы слишком медленным и дорогостоящим, поэтому прототип просто копируется относительно быстро, дешево и с достаточной точностью.
Телескопы с жидкостным зеркалом имеют вращающиеся зеркала, которые состоят из жидкого металла, такого как ртуть или легкоплавкий сплав галлия . Эти зеркала не затвердевают и используются в жидком состоянии и вращаются. Вращение формирует из них параболоиды, которые достаточно точны , чтобы использоваться в качестве первичных рефлекторов в телескопах. По сравнению с зеркалами из литого стекла, которые нуждаются в коррекции из-за искажений, возникающих во время и после затвердевания, эти зеркала не требуют такой коррекции.
