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sábado, 28 de abril de 2012

Foucault tester. (Capítulo 3. Ultimo)

El aparato de Foucault está terminado. Tan sólo faltaría pintarlo, pero la parte estética no me preocupa.

He realizado la instalación eléctrica con los componentes descritos en la anterior entrada dedicada a este aparato: una pila de 9 V. una resistencia, un diodo de 4,5 V. y un microinterruptor.

La primera prueba, (puesto que el espejo está espejo pulido hasta el abrasivo de granulometría 500 y aún no refleja las imágenes), he tenido que hacerla mojando su superficie, pero aún así ha sido satisfactoria: el radio de curvatura medido con este aparato es de 2440 mm. Esto implica una focal de 1220 mm y un maravilloso factor f/D de 6.1.

La flecha es de 2.05 mm. La he medido con un calibre digital obteniendo los mismos resultados, así que creo que todas las pruebas son coherentes y concluyentes.

Ayer he encargado en la Droguería Moderna de Pontevedra los abrasivos de 600 y 1200 y les he pedido que me pregunten por la disponibilidad de óxido de cerio y rojo de pulir, así como los precios de ambos para decidir cual compraré.

He encargado también que me digan el precio del nitrato de plata. Puesto que en Pontevedra y alrededores no localizo una campana de aluminización de alto vacío sólo me queda una opción: el plateado químico del espejo principal. Pero éste es un capítulo que llegará después de pulir y figurar el espejo para que sea un paraboloide, y ésto lo veo muy complicado, así que por ahora no me preocupa demasiado y no tendré que desempolvar mis libros de química ;)

Os dejo un vídeo de mi modesto tester de Foucault

Vídeo de la primera prueba para localizar el centro de curvatura de la esfera

domingo, 22 de abril de 2012

DISTANCIA ESPEJO PRIMARIO - ESPEJO SECUNDARIO

A pesar de no haber terminado el trabajo con el espejo primario hay que seguir avanzando en los cálculos. Sobre todo porque ya sé que la flecha del primario no variará del valor que tiene ahora mismo, aproximadamente 2 mm.

Tal y como se ha comentado en una entrada anterior la flecha y el diámetro nos definen la focal del telescopio. Así que también conocemos el radio de curvatura y el foco (el foco estará a mitad de distancia del radio de curvatura.

En nuestro caso los valores son: R = 2400 mm  y f = 1200 mm.

Ahora el problema es determinar la distancia entre el espejo primario y el secundario, así como definir las medidas de éste último. (Toda la información expuesta se ha elaborado a partir de la lectura de los consejos del libro de Teixereau).

Ahora que el espejo aún es esférico, los rayos convergen en la zona del radio de curvatura R, pero cuando dicho espejo esté pulido con la misma herramienta de pulido deberemos realizar unos movimientos determinados de pulido que convertirán la curva del espejo primario en un paraboloide y en ese momento los rayos convergerán en el foco f.

Este proceso será el más difícil y se realizará con mucho cuidado para no pasarnos de esfera a hiperboloide, en ese caso la superficie del espejo no servirá para nada y deberemos corregirla de nuevo, pasando otra vez a esférica y volviendo a intentar dejarla en un paraboloide.

El aparato de Foucault será la herramienta (lo estoy terminando) que nos permitirá evaluar la curva del espejo, haciendo comprobaciones en la última fase para no pasar de paraboloide a hiperboloide.

Cuando tengamos la superficie de un paraboloide, como hemos comentado, los rayos convergerán en f, el foco. Llegado a ese punto es fundamental tomar la primera determinación: a que distancia queremos que esté el plano focal del ocular respecto al foco. A esta distancia la hemos denominado OF en el dibujo.

Teixereau recomienda que sea aquella que determine un radio de 11 mm en el cono que interceptamos. Una sencilla relación de semejanza determina que 1200 / 200 = x / 11, que nos dá un valor de 66 mm de distancia entre el foco f y el plano focal de 11 mm escogido.

Éste sería el punto en el que debería estar el ocular. Esto no es posible, puesto que si estamos con nuestro ojo en ese punto, taparíamos los rayos de luz que deberían entrar por el tubo de nuestro telescopio.

Para ello debemos "cambiar" la posición de ese plano focal a otro lugar fuera de la trayectoria de la luz entrante.

Para ello Newton dispuso un espejo secundario a 45 º en el interior del tubo que hace esta función, pero..........cual es la distancia a la que lo deberemos ubicar?

Pues la distancia recomendada depende de varios factores y Teixereau considera:
  • Radio interior del tubo
  • Espesor del tubo (estos dos son obvios puesto que de otra forma el plano focal estaría dentro del tubo y no podríamos poner nuestro ojo en sus proximidades. Con sólo estos dos factores el plano focal del ocular estaría exactamente a ras de la superficie del tubo, por lo que aún deberemos "sacarlo" fuera del tubo para que nos sea accesible)
  • Un espacio libre que debemos escoger. En nuestro caso 20 mm para tener margen suficiente para acoplar algún que otro dispositivo más.
  • Longitud del portaocular. En mi caso 37 es la altura del portaocular que estoy intentando construir. Las personas que compren uno lo tendrán más fácil y en este caso tan sólo tienen que medir su altura.
Así que sumando todo tenemos que: 117.7 (radio interior) + 7.3 (espesor) + 20 (Espacio libre) + 37 (longitud portaocular) = 182 mm.

Así que la longitud total del foco f al espejo secundario es de 182 + 66 = 248 mm.

Por lo que la distancia entre el espejo primario y el secundario es de: 1200 - 248 = 952 mm.

Ya podemos determinar el tamaño mínimo del espejo secundario mediante la sencilla relación de semejanza que tenemos ahora: 1200 / 200 = 248 / x, y en este caso x, que es el radio menor de la elipse del espejo secundario es de : 41.33 mm

La relación entre diámetro de una elipse es que el radio mayor es "raíz de 2 veces" el radio menor, por lo que: 41.33 * raíz (2) = 58.44 mm

Dibujos realizados a escala real:

LOS ABRASIVOS, CARACTERISTICAS Y DONDE COMPRARLOS EN GALICIA

Como ya he comentado, al principio de este proyecto lo más complicado ha sido la localización de establecimientos donde comprar los abrasivos. Tan sólo había localizado la droguería de Manuel Riesgo en Madrid.

Esto ha cambiado!!. Muy cerca de Pontevedra ya he localizado dos establecimientos donde venden estos abrasivos:
  • Droguería Moderna: abierta desde 1.924 y ubicada en la plaza de Curros Enríquez nº 8, Pontevedra. (Tlfo: 986 85 20 30. luisesteban@drogueriamoderna.es. Trato excepcional y buenos precios. No disponen ni consiguen todas las granulometrias, pero sí las suficientes para poder terminar el proyecto.
  • Arte y Cerámica: una tienda especializada en productos para manualidades ubicada en la calle Uruguay nº 6 en Vigo. (Tlfo: 98611393. info@arteyceramica.es). Ya los conozco personalmente, trato excepcional. Sólo tienen carburo de silicio de 500 en los número más altos. Se lo encargué a un amigo y pasó por la tienda a comprarlo. El precio: 250 gr., 4.56 Euros.
En ambas tiendas la cantidad mínima de abrasivo que venden es de 250 gr, para cualquier granulometría.

Al comienzo de todo este proyecto no sabía muy bien que abrasivos utilizar, pero lo que hice fue consultar libros o entrar a una web especializada en la venta de kits de abrasivos para ver que cantidades y granulometrías eran necesarias. A partir de ahí localicé la compra de los mismos y los números que no soy capaz de localizar los sustituí por abrasivos de granulometrías similares.

Páginas de este tipo son, por ejemplo, las indicadas a continuación, con muy buenos precios, pero sus gastos de envío son imposibles (desde algunas webs de California son 48 Euros!!!) 
Hasta ahora he utilizado los que he podido comprar y estos son: 80, 120, 180, 280 y 500. Hay un salto importante entre el de 280 y 500 en tamaño de grano, pero no puedo hacer otra cosa.

En la droguería Moderna de Pontevedra disponen por encargo de los tamaños 600 y 1200. En Arte y Cerámica aún no he podido preguntarlo (cuando lo sepa actualizaré esta entrada).

El tamaño del grano puede ser distinto si los granos están elaborados bajo el estándar FEPA, CAMI o ANSI. La norma de fabricación Europea es la FEPA.

Para que podáis saber en que tamaño de grano estamos trabajando, que granos comprar y que saltos hay entre granulometrías, expongo la tabla de granulometría FEPA. 

GRANULOMETRIA ABRASIVOS F.E.P.A




DESIGNACION DE GRANO DIAMETRO EN MICRAS DESIGNACION DE GRANO DIAMETRO EN MICRAS
F4 4890 F90 154
F5 4125 F100 129
F6 3460 F120 109
F7 2900 F150 82
F8 2460 F180 69
F10 2085 F220 58
F12 1765 F230 53
F14 1470 F240 44,5
F16 1230 F280 36,5
F20 1040 F320 29,2
F22 885 F360 22,8
F24 745 F400 17,3
F30 625 F500 12,8
F36 525 F600 9,3
F40 438 F800 6,5
F46 370 F1000 4,5
F54 310 F1200 3
F60 260 F1500 2
F70 218 F2000 1
F80 185

viernes, 13 de abril de 2012

Evolución de la flecha (II)

Estos días he seguido con el trabajo de desbaste más fino de la flecha del espejo principal, después de unas cuantas "mojadas" con carburo de granulometría 180 he pasado hoy al carburo de 280.

Los cambios son notables en el acabado de la superficie, cada vez más fina, puesto que los granos del carburo utilizado son cada vez más pequeños.

Mañana terminaré el trabajo con carburo de 280 y tendré que parar unos días hasta que me lleguen las cantidades adecuadas del carburo de las granulometrías siguientes: 400, 600, 800, 1200.

La flecha ha evolucionado desde 1.90 mm hasta los 2.00 mm (aproximados) al final de la jornada de hoy.

En el trabajo de mañana cambiaré a la posición de "espejo abajo" para volver a disminuir un poco la flecha puesto que pretendo que al final la focal del telescopio esté más o menos en f 7.0.

He realizado de nuevo la prueba de la moneda, para de alguna forma verificar la lectura del calibre. Esta vez puesto que tengo unos 2.00 mm de flecha he utilizado una moneda de 10 céntimos de Euro, puesto que tiene un grosor de 1.97 mm.

En las fotos se aprecia efectivamente que la moneda pasa por debajo de la regla sin tocarla, así que la medida de 2.00 mm no es errónea del todo.

A pesar de estar mucho más lisa, la superficie seca del cristal aún no refleja imágenes, así que para realizar las primeras pruebas de Foucault (más que nada para probar la máquina construida) tendré que esperar.

Fotografía de la superficie desbastada con carburo de 180

Fotografía de la superficie desbastada con carburo de 280

Fotografía de la "prueba de la moneda"

Fotografía de la "prueba de la moneda"


miércoles, 11 de abril de 2012

Evolución de la flecha (I)

Hoy me he dedicado a desbastar con el grano de 180 y carreras centradas, tal y como indican los manuales.

Los cambios que puedo apreciar son la diferencia de las fracturas del cristal que genera el desbaste. Lógicamente el grano de 180 deja fracturas mucho más finas, pero por ahora no lo suficientemente finas como para que el espejo refleje imágenes, así que aún no puedo probar el aparato de Foucault.

No he estado intercambiando "espejo arriba" - "espejo abajo" cada vez que realizo una nueva mojada (una mojada es el cambio de abrasivo después de varias carreras cuando observamos, más bien escuchamos, que el abrasivo está totalmente gastado, fracturado, agotado).

Al no intercambiar el espejo de posición se genera un aumento de la flecha, que ha pasado de 1.70 mm a 1.90 mm. más o menos.

Muestro unas fotos: la foto de la flecha con la "famosa" moneda, una vista general de toda la flecha donde podemos apreciarla perfectamente, y un trozo de cristal donde la mitad está trabajada con carburo de grano 80 y la otra mitad con carburo de 120.

Por otra parte indicar que el aparato de Foucault ya dispone de instalación eléctrica pero hasta que no pueda utilizarlo y disponga de los accesorios que faltan, patas y mandos, no lo volveré a mostrar.

Fotografía: detalle de la flecha
 Fotografía: detalle de las fracturas con carburo de 80 (zona derecha) y carburo de 120 (zona izquierda)
 Fotografía: aspecto general de la flecha

lunes, 9 de abril de 2012

Foucault tester. (Capítulo 2)

Hoy he avanzado un poco más en la construcción de la máquina de Foucault cuya utilidad ya ha sido descrita en la anterior entrada.

Casi he terminado la parte mecánica: tornillos de desplazamiento vertical y longitudinal, muelle recuperador y tubo de desplazamiento.

El tubo de desplazamiento es una aportación de la empresa Solpranos, excelente ingeniería y empresa de instalación y mantenimiento de instalaciones de calefacción, aire acondicionado, energía solar, biomasa,etc.. su enlace está en la sección de enlaces. Se trata de un tubo de cobre hueco utilizado para instalaciones de calefacción.

No he utilizado las abrazaderas que se mostraban en el vídeo anterior pues he decido que queda mejor atornillándolo directamente a la base a través de unos orificios practicados perpendicularmente.

La mitad de la abrazadera la he utilizado como elemento guía del desplazamiento longitudinal atornilladas a la plataforma de desplazamiento.

Los tornillos de desplazamiento están realizados cortando a medida varilla roscada M5. Los tornillos que los guían están medio embutidos y pegados a la madera, tanto el horizontal como el vertical.

Las zonas de contacto de los tornillos contra las maderas que empujan disponen (por ahora solo la del tornillo vertical) de trozos de chapa de aluminio (sobrante de la construcción de la herramienta de corte de los cristales), para minimizar el rozamiento y también para evitar que a madera resulte dañada.

El muelle recuperador está enganchado a una "V" metálica atornillada en la parte inferior de la plataforma de desplazamiento y a otra "V" que inmoviliza la pieza de madera que guía en tornillo horizontal.

El precio de la varilla roscada, tuercas, arandela, abrazaderas y muelle es de 5 Euros.

Los elementos de la instalación eléctrica ya los he comprado: microinterruptor, diodo led de 4,5 Voltios, una resistencia para provocar una caída de tensión también de 4,5 Voltios para alimentar al diodo desde una pila de 9 Voltios, y el clip de conexión a la pila. El precio total de estos elementos es de 1,50 Euros

En cuanto pueda instalaré los elementos eléctricos.

Falta por comprar e instalar: mandos para los tornillos, las 4 patas roscables para nivelación y ajuste (Leroy Merlin 1,95 Euros).

La instalación del comparador decimal (precio en Ebay 15 Euros) no será realizada por ahora, esperaré hasta terminar el desbastado del cristal hasta el grano 280 por lo menos.

Fotografía de los elementos eléctricos

Vídeo del estado actual de tester de Foucault

sábado, 7 de abril de 2012

Foucault tester. (Capítulo 1)

A pesar de no tener aún el cristal preparado, he dado comienzo a la construcción del aparato de Foucault.

Tal y como se ve en el vídeo, falta el tubo guía, los tornillos de desplazamiento horizontal y vertical, la instalación de la cuchilla, el muelle recuperador de posición, la fuente de luz y la fuente de alimentación, pero hay que aprovechar estos días en los que tengo algo más de tiempo.

El aparato de Foucault fue una brillante idea de León Foucault descrita en 1858 por el físico francés para medir las formas cónicas de espejos ópticos, con un error en los márgenes medibles de fracciones de longitudes de onda de la luz (o Angstroms, millonésimas de pulgada, o nanómetros)

Es el más común usado por los fabricantes de telescopios de aficionados para calcular pequeños espejos astronómicos. Su relativamente simple y bajo costo pueden producir las medidas "costo-calidad" más efectivas que la mayoría de las otras técnicas.

Su genialidad reside en que hace posible observar la curvatura del espejo como si estuviese iluminada desde un lateral, logrando así la visualización perfecta de las curvas de dicho espejo mediante las sombras proyectadas al interrumpir los rayos de la imagen, creada cerca del foco, por medio de alguna superficie con un filo muy definido, por ejemplo una cuchilla de afeitar; por este motivo también se llama método del cuchillo.

Así está a día de hoy mi tester de Foucault construído con el material
y las medidas indicadas en los planos de la entrada anterior

viernes, 6 de abril de 2012

Carreras centradas. Esfericidad

Una vez he logrado la flecha deseada, debemos obtener una buena esfericidad de la curvatura. Dejamos atrás el desbaste con carburo de 80 y pasamos a la realización de "carreras centradas" o "carreras normales".

Se prosigue el trabajo con el carborundum 120 cuyos granos dejan fracturas menos profundas debido a su menor tamaño. 

Desde ahora y de manera general adoptaremos para el resto del trabajo carreras normales, sobre las cuales hay que llamar especialmente la atención: consisten en un movimiento de vaivén casi centrado cuya amplitud total es aproximadamente de 1/3 del diámetro de los discos (en consecuencia deben sobresalir 1/6 hacia cada lado, o sea 3 a 4 cm con un espejo de 20 cm) con un desplazamiento lateral constantemente variable pero limitado a cada lado a 1/8 como máximo. La forma de las carreras puede también parecerse a una V o a una W o a un rizo más complicado tal como ∞ por ejemplo. Cada 5 ó 6 carreras se gira un poco el disco superior entre las manos mientras que gira uno mismo como durante el desbastado

Lo que es esencial en todo esto es solamente respetar más o menos por término medio la amplitud de 1/3 y variar las carreras lo más posible de modo de no trabajar siempre sistemáticamente de la misma manera; la ley de los promedios hará el resto y, si no se llega a cometer una torpeza excepcional y sistemática (presión anormal de las manos siempre en el mismo punto de la carrera), las superficies no se apartarán en promedio de la esfera sino en una magnitud muy inferior al diámetro de los granos del abrasivo interpuesto.

Vídeo que muestra la realización de las carreras centradas

Foucault Tester

Por el momento ya he terminado con las "carreras desplazadas" alcanzando un valor de flecha que creo que me será suficiente, tal y como he comentado en la anterior entrada.

Quizás esta tarde comience a utilizar el carburo de 180 y posteriormente el de 280 con "carreras centradas" para conseguir la forma esférica del espejo.

Además en cuanto la superficie del espejo esté un poco más lisa podré realizar las primeras pruebas ópticas para comprobar la distancia focal (método de la linterna).

Cuando el cristal esté mucho más liso podré realizar el test óptico de Foucault, pero para ello me hace falta construir uno de estos aparatos. He visto varios modelos por internet y ya me he decidido a construir uno.

Seguramente a lo largo de la construcción improvisaré cambios estéticos y funcionales pero se construirá fundamentalmente con materiales lo más baratos posibles para no alejarnos del objetivo final de que el telescopio sea muy muy barato.

Materiales:
  • Tablero de madera (para el cuerpo del aparato)
  • Tornillos (para armar las distintas partes)
  • Abrazaderas de tubo de cobre de fontanería (para soportar el tubo de desplazamiento horizontal)
  • Tubo de cobre de 12 mm (para el desplazamiento horizontal)
  • Dos tornillos de desplazamiento (uno para el desplazamiento horizontal y el otro para el lateral)
  • Una pequeña bombilla (estrella artificial)
  • Pila (fuente de energía para la bombilla)
  • Cables de conexión
  • Microinterruptor (encendido de la fuente de luz)
  • Una hoja de afeitar (que será la cuchilla de Foucault)
El diseño es muy simple y barato, aquí dejo mis planos y a pesar de que de diseño con 3D Studio no tengo ni idea, he visto varios manuales en youtube que me han permitido modelar el aparato antes de construirlo, aunque de una forma muy primitiva (sin los elementos que no sé dibujar en 3D Studio: luz, sin tornillos, etc..)

Los planos está realizados de forma que todo el conjunto se pueda cortar de un cuarto de tablero DM de 10 mm, que es el tamaño mínimo que venden en el Bricoking. Hay dos bases de 25 x 30 mm para juntarlas y crear una base principal de 20 mm de espesor, pues de otra forma haría falta comprar otro cuarto de tablero de 20 mm sólo para la base. El precio del tablero es de 5.89 Euros.

Planos
Vídeo del tester de Foucault


jueves, 5 de abril de 2012

Flecha alcanzada!!!

Lo primero indicar que no voy a respetar lo comentado en la anterior entrada, puesto que mi primera intención era obtener un espejo para un telescopio con relación focal f/D 6, y ello implica una flecha de 2 mm, más o menos, puesto que he leído un comentario que aconsejaba una relación focal de más o menos 7.7 para un diámetro de 200 mm ya que las posibilidades de éxito con la calidad del telescopio son mayores.

Aunque me he quedado sin carburo de 80 y no llega hasta el 10 de abril, (según me han dicho en la tienda) no estaba dispuesto a estar con los brazos cruzados todos estos días de vacaciones, así que me he puesto a trabajar con el carburo de 120.

Puesto que la granulometría es mucho más fina, a igual tiempos de trabajo el desbaste es menor, pero vale la pena seguir con este proyecto.

Así que me he puesto a desbastar y he llegado a una flecha de 1.70 mm, según las medidas realizadas.

Con esta flecha las características del telescopio son:
  • Diámetro del espejo "D": 200 mm
  • Radio del espejo "r": 100 mm
  • Flecha: 1.70 mm
  • Focal "f": 1471 mm
  • Radio curvatura "R": 2942 mm
  • Relación focal "f/D": 7.35
Creo que las características son aceptables y las intentaré mantener durante la fase de desbaste fino y pulido.

Dejo una foto y un vídeo
Fotografía de la flecha y una moneda de 1 céntimo de Euro
Vídeo de la moneda de 1.67 mm pasando por debajo de una regla