Badanie zwierciad�a metod� cieniow� Foucaulta

Home

Odszkodowanie za dziurę w drodze

W 1857 roku francuski fizyk i astronom Leon Foucault po raz pierwszy z powodzeniem zastosowa� szk�o do konstrukcji zwierciad�a wi�kszych rozmiar�w, a rok p�niej (a wi�c 150 lat temu !) zastosowa� now� metod� badania kszta�tu zwierciad�a do teleskopu. Nosi ona nazw� metody cieniowej Foucaulta. Trzeba przyzna�, �e trudno chyba znale�� inn� metod� badania kszta�tu zwierciad�a, kt�ra by�a by tak prosta i jednocze�nie tak dok�adna. (niekt�re �r�d�a m�wi� o dok�adno�ci nawet rz�du kilku milionowych cz�ci milimetra). Do dzi� cz�sto - tak�e na �amach For�w Astronomicznych, - mo�na si� spotka� z pow�tpiewaniem w dok�adno�� tej metody.

Na czym, w g��wnym zarysie, metoda ta polega ?

W pobli�u �rodka krzywizny zwierciad�a sferycznego, nieco w bok od jego osi optycznej, umieszcza si� niewielkich rozmiar�w �r�d�o �wiat�a. Praktycznie, jest to drobne okr�g�e nak�ucie w aluminiowej folii o �rednicy 0.05 - 0.10 milimetra, za kt�rym usytuowana jest starannie zmatowiona �wi�c�ca �ar�weczka. Nazywamy to "sztuczn� gwiazdk�". Po drugiej stronie osi optycznej zwierciad�o tworzy obraz tej gwiazdki (rys 1)

http://astro-forum.org/Forum/uploads/1229179527/gallery_14903_6_2474.gif

W miejscu tego obrazu usytuowany jest "n� Foucaulta" (dalej skr�t: NF) - jest to po prostu ostrze �yletki. N� zostaje tak ustawiony, ze prawie ca�y obraz sztucznej gwiazdki usytuowany jest no�u, a tylko bardzo ma�a cz�� wiat�a z tego obrazu mo�e biec dalej, do oka obserwatora. W czasie pomiaru oko to znajduje si� tu� za kraw�dzi� no�a. Mo�na powiedzie�, ze patrzy on na zwierciad�o poprzez male�k� cz�� obrazu sztucznej gwiazdki, usytuowanej na kraw�dzi NF. (rys. 2)

http://astro-forum.org/Forum/uploads/1229179527/gallery_14903_6_8802.gif

Wszystkie normalne do powierzchni zwierciad�a sferycznego zbiegaj� si� w jego �rodku krzywizny. W rezultacie do oka obserwatora dochodzi �wiat�o r�wnomiernie z ca�ej powierzchni zwierciad�a. Efekt tego jest taki, ze wida� je jako "p�askie". Ka�de, nawet bardzo ma�e (rz�du 0.0001 - 0.00001 mm) odst�pstwo zwierciad�a od kszta�tu sferycznego jest natychmiast widoczne. Na zwierciadle pojawiaj� si� wtedy miejsca nieo�wietlone, oczywi�cie tylko dla obserwatora zza NF. Ta gra �wiate� i cieni pozwala widzie� kszta�t zwierciad�a w spos�b plastyczny, podobnie jak przez teleskop mo�na ogl�da� rze�by powierzchni Ksi�yca w pobli�u terminatora.

Zwierciad�o asferyczne nie posiada �rodka krzywizny jako takiego. Normalne do jego powierzchni w r�nych odleg�o�ciach od osi optycznej zwierciad�a w tak zwanych jego strefach, przecinaj� t� o� w r�nych miejscach. Mo�emy te miejsca znale��, przesuwaj�c NF wzd�u� osi optycznej (rys. 3)

http://astro-forum.org/Forum/uploads/1229179527/gallery_14903_6_29553.gif

Kszta�t paraboloidalny mo�emy potraktowa� jako specyficzn� asferyczno��. Wobec tego zmierz�c przy pomocy NF po�o�enia punkt�w przeci�cia normalnych z osi� optyczna, mo�emy wnioskowa� o kszta�cie danego zwierciad�a. Przy pomocy analizy matematycznej mo�na uzyska� dok�adne dane, na ile badane zwierciad�o odbiega od teoretycznie zak�adanego idealnego.

Wizualny efekt uzyskamy przy u�ycie NF pozwala widzie� odst�pstwa od sfery w olbrzymim zwielokrotnieniu. Rys. 4 pokazuje, jak wida� w takim przypadku zwierciad�o o �wiat�osile F/5, gdy NF znajduje si� w strefie y = 0.7D/2.

http://astro-forum.org/Forum/uploads/1229179527/gallery_14903_6_3155.jpg
Paraboloidalne zwierciad�o o �rednicy 270 mm,
sfiguryzowane w Pracowni PTMA w Warszawie przez L. Newelskiego.

Jako, �e normalne przecinaj� o� optyczn� pod niewielkimi k�tami, bardzo drobna asferyczno�� powierzchni zwierciad�a daje w efekcie zmiany wzajemnych odleg�o�ci mi�dzy punktami tych przeci�� o milimetry lub ich cz�ci, a jest to mo�liwe do zmierzenia.
Te w�a�nie cechy, w po��czeniu z prostot� �rodk�w technicznych stanowi� o genialno�ci wynalazku Foucaulta, jako jednego z tych, kt�re pozwoli�y na poznanie otaczaj�cego Ziemi� wszech�wiata...
Strefowe pomiary zwierciad�a asferycznego s� do�� trudne. Ich dok�adno�� zale�y od wiedzy, do�wiadczenia i oka obserwatora czyni�cego te pomiary. W ostatecznym rozrachunku, czynnikiem decyduj�cym jest tu cz�owiek.

W naszej Pracowni PTMA no�e s� zainstalowane na suwmiarkach (st�d dok�adno�� notowania odczyt�w jest 0.05 mm) lub na �rubie mikrometrycznej (dok�adno�� 0.01 mm). To s� oczywi�cie dok�adno�ci "techniczne". W praktyce teraz wszystko zale�y do�wiadczenia badaj�cego i powtarzalno�ci jego pomiar�w. Kto�, kto b�dzie robi� to po raz pierwszy, mo�e pope�nia� b��dy nawet powy�ej 0.5 mm - nie b�dzie wiedzia� jak interpretowa� cienie na zwierciadle, widoczne w strefach. Specjalista mo�e osi�gn�� powtarzalno�� przy kolejnych pomiarach (w serii) rz�du 0.1 mm, a nawet 0.05 mm. Ucz�c si� badania zwierciad�a metod� Foucaulta musia�em nabra� takiej wprawy, aby moje odczyty minimalnie r�ni�y si� od pomiar�w "mistrza". I po kilku miesi�cach mo�na to by�o osi�gn��.

Rysunki i konsultacja merytoryczna: Lucjan Newelski

Oj chyba zabiore si� do zrobienia w�asnego zwierciad�a :D

Gratuluj� opisu no�a F.wi�cej takich temat�w mno�y nasz� wiedz� i pog��bia tajniki optyki dla pocz�tkuj�cych szlifierzy zwierciade� czyni�c nasze forum ma�� encyklopedi�.
Ten post by� edytowany przez endriu624 dnia: 20 January 2009 - 13:44

Podobne

Template provided by Designs by Darren Opracowanie Marketing w Internecie dla Odszkodowanie za dziurę w drodze