(Назад)

Глава 3.

Разработка Добсонианца.

Умельцы, ученые и инженеры определяют три очень разных способа постройки телескопа. Обычный умелец копирует существующий дизайн, строит сосредоточенно, без вопросов, уверенный в том, что сделает превосходную копию. Ученый использует чистые законы физики для того чтобы сделать нечто совершенно новое, при этом рискуя потерпеть неудачу, но иногда результат превосходит все ожидания.

Третий путь — инженерный — лежит между первыми двумя. И представляет собой комбинацию между существующим дизайном с разработкой различных нововведений. Мы предлагаем этот вариант, понять физические принципы, которые лежат в основе конструкции, основывая ваш телескоп на проверенном дизайне.

Сегодня сотни телескопов демонстрируют, что труба из алюминиевых трубок Добсонианца превосходно работает. Успех этого основан на сотнях мельчайших деталей, единых принципах механического дизайна. Как бы то ни было нам известно, что удовольствие от постройки телескопа получается от экспериментирования и нововведений. Эта глава даст вам в руки инструменты, которые позволят вам экспериментировать мудро, одним глазом сосредоточившись на инновациях, а другим на том, чтобы держаться проверенного дизайна.

Эта глава рассмотрит инженерные идеи, которые составляют успех Добсонианских телескопов, представит принципы, управляющие их операциями. Также мы рассмотрим соответствующие материалы, использованные в телескопах и выясним, почему материалы, используемые в Добсонианцах революционные — фанера, алюминий, Формика, Тефлон — и делают свое дело превосходно.

3.1. Подготовка к работе.

Самое важное, что вы можете узнать из этой главы, заключается в том, что — хорошие телескопы сделать не просто. И работают они превосходно только в том случае, если хорошо разработаны. Это не случайно. Инженерные принципы, лежащие в основах великих телескопов звучат просто. Что делает телескоп великим? После первоклассной оптики ничего нет более важного, как крепкое основание. Основание должно выдерживать вес телескопа, толчки и тряску или двигаться, когда вы толкаете и возвращаться назад, когда даете слабину, не так просто заставить его работать правильно. Когда вы наблюдаете через окуляр, оно должно быть крепким как скала. Когда вы хотите сдвинуть его, он должен вас слушаться. Когда отпускаете его, он стоит на месте. Короче говоря, великий телескоп должен делать то, чего вы от него хотите.

В принципе, любой тип основания может работать очень хорошо, если оно соответствующим образом разработано. Самые большие экваториальные телескопы в мире, построенные от 20 до 50-ти лет тому назад, имеют огромные основания, спроектированные таким образом, чтобы максимально уменьшить помехи. Высотно-азимутные основания недавно построенных гигантских телескопов сравнительно малы, но они гораздо точнее и более помехоустойчивы, чем их экваториальные предшественники. Нет ничего плохого в экваториальных основаниях, но есть простой факт, что построить действительно крепкой – высотно-азимутное основание намного проще. И не случайно то, что самые большие в мире телескопы стоят на высотно-азимутных основаниях.

Прекрасно сделанное высотно-азимутное основание определяет центр тяжести телескопа прямо над удерживающими плоскостями и основанием. На высотно-азимутном основании ничего не выступает. Ключевая концепция конструкции — симметрия, низкий центр тяжести, компактно поддерживающие структуры, вес над удерживающими плоскостями, антивибрационные материалы, инновационные удерживающие материалы и простота конструкции — вы вели простое основание Джона Добсона из мрака неизвестности к сегодняшней популярности. Любители астрономы поняли, что по сравнению с другими, нет основания, обеспечивающего лучшую гладкость хода и стабильность чем у Добсонианца.

Добсонианец превосходит всех в двух вещах: устойчивость и подвижность. Постройте его правильно и ваш Добб вряд ли согнется или опустится. Его просто будет двигать из любого положения. Мы проверим каждую из этих плоскостей на движение и покажем, какие инженерные принципы привели к тому, чтобы телескоп превосходно управлялся.

3.2. Статичность: Как сделать устойчивый телескоп.

Проблемой телескопов редко бывает недостаток прочности, чаще недостаток устойчивости. Большинство оснований с легкостью выдерживает сотни фунтов, но слишком часто они качаются, подпрыгивают и трясутся. Прочность и устойчивость две разные цели дизайна. Прочность зависит от площади поперечного сечения и используемых материалов. Устойчивость зависит от распределения материала по площади поперечного сечения, длинны и используемых материалов. И поэтому конечно можно сделать конструкцию прочной, но не устойчивой или устойчивой, но не прочной. К примеру, стальной провод крепкий, но не устойчивый, а бумажный цилиндр устойчивый, но не прочный. Поэтому основание телескопа должно быть очень прочным и очень устойчивым.

3.2.1. Инженерная терминология.

Инженеры использую структурный анализ для того, чтобы предсказать прочность и устойчивость телескопов. Мы познакомим вас с некоторыми терминами, используемыми в структурном анализе — ничего заумного, просто основы. Даже на чисто интуитивном уровне можно многое понять. Хорошо, давайте начнем разработку словаря терминов, которые мы используем для того, чтобы говорить о материалах и структурах телескопа.

1. Масса.
2. Вес.
3. Сила.

Масса это количество материала в теле. Поскольку мы живем на поверхности планеты, то в обычной жизни говорим о весе объекта и его массе так, словно это одно и тоже. Строго говоря, это не так: масса это фундаментальное свойство материи, тогда как вес это гравитационное притяжение между материей и землей. Если вы возьмете ваш телескоп на луну, то масса его останется той же самой, а вес изменится из-за лунной гравитации.

Интуитивно, вы уже знаете, что сила это, когда вы толкаете что-то с силой и оно начинает двигаться или более точно, ускоряться. Когда вы опускаете дорогой окуляр, то он ускоряется по направлению к земле. Вес окуляра это сила между окуляром и землей. Так как инженеры строят разные структуры на земле, то употребляют термины вес и масса подразумевая одно и доже, хотя они знают, что технически масса и вес различны.

4. Луч.
5. Плоскость.
6. Каркас.

Инженеры используют упрощенные структуры для моделирования реального мира. Среди простейших структур находится луч. Возьмите метловище, деревянный брусок 2 х 4, стальную балку и протяните спагетти между двумя выбранными предметами и получите нечто, что инженеры называют лучом. Инженер упрощает сложный реальный объект до луча, обладающего некими механическими свойствами и вычисляет реакцию.

Если вы сделаете луч достаточно широким, то он станет плоскостью. В инженерных терминах лист фанеры является плоскостью. Более сложная деталь получится, если вы скрепите пучок лучей между собой наподобие старомодной железной дороги и тогда вы получите каркас, и снова, инженерное упростили связку для того, чтобы предсказать поведение подобной структуры. Мы вернемся к этим «общим» структурам позже, а сейчас рассмотрим некоторые важные действия, которым в вашем телескопе подвергаются такие структуры, как лучи, плоскости и связки.

1. Нагрузка.
2. Напряжение
3. Площадь поперечного сечения.
4. Деформация (или натяжение).
5. Натяжение и сдавливание.

Нагрузка это общая сила, которую структура должна выдерживать. Трубы каркаса на вашем телескопе выдерживают нагрузку равную весу трубы в сборке. Высотные держатели выдерживают нагрузку равную весу оптической трубы. Даже главное зеркало выдерживает нагрузку: своего собственного веса. Когда вы двигаете телескоп, качающаяся коробка боковые плоскости выдерживают динамическую нагрузку. Инженеры иногда думают о нагрузке, как о сумках, полных убитых птиц, подвешенных на невесомых структурах и это помогает понять как эти вещи работают. В США инженеры обычно измеряют нагрузку в фунтах.

Напряжение это инженерный термин, помогающий нам вычислить, какая структура откликается на нагрузку. Напряжение это сила на единицу площади. Вы можете думать о нагрузке, как произведении напряжения и площади поперечного сечения структуры. Допустим, вы положили вес в 500 фунтов на верх мраморной колонны в 5 дюймов толщиной и 10 дюймов глубиной. Площадь поперечного сечения 50 квадратных дюймов, поэтому напряжение на мраморную колонну будет составлять 10 фунтов на каждый квадратный дюйм. Материал в большом луче тяжело нагруженном и маленьком луче с легкой нагрузкой может подвергаться одному и тому же напряжению.

Деформация это реакция на нагрузку, такую как, изгиб, сдавливание, растяжение. Деформацию также называют натяжением, которое путает в обычной речи, так как напряжение и натяжение имеют во многом сходное значение. Поэтому запомните, когда вы напряжены (снаружи) вы чувствуете натяжение (внутренне). Напряжение происходит от нагрузки, а натяжение под действием деформации, которая часто выражается в футах или дюймах.

Натяжение это нагрузка, которая вытягивает материал в сторону. Когда материалы подвергаются натяжению, они вытягиваются. Если вас это путает, то запомните маленькое мнемоническое правило: «когда вы чувствуете натяжение, то смотрите на это так, словно вы вытягиваетесь и становитесь тоньше».

Сдавливание это противоположное явление, когда материал спрессовывается. Полезно думать о напряжении как о комбинации натяжения и сдавливания. Когда вы сгибаете прут или луч, например, то сторона, изогнутая наружу находится под натяжением, а внутренняя сторона под сдавливанием. Для того, чтобы точно запомнить все это, запомните следующее «Людей не удивляет, когда от стресса вас выгибает!»

3.2.2. Момент инерции.

При постройке устойчивого телескопа нам нужно свести к минимуму деформацию материалов, используемых при этом. Нам нужно, чтобы ключевые части — каркас из трубок, зеркала, качающиеся коробки — переносили нагрузки без деформации, или с минимальной возможной деформацией.

Как сильно структура деформируется под нагрузками зависит от трех вещей:

1. Размер и форма структуры.
2. Материал из которого она сделана.
3. И конечно, от действующих нагрузок.

Если вам известны эти вещи, тогда становится возможным вычислить деформацию структуры. (Мы не предполагаем, что вы будете делать это самостоятельно). Заниматься подобными вещами это дело инженеров, но понимание того, как это все работает, ключ к постройке прекрасного телескопа.

Площадь поперечного сечения луча представлена в разрезе. Рассмотрим луч 2-х дюймовой ширины, 3-дюймовой высоты и 65 футов длинной: площадь поперечного сечения 6 квадратных дюймов. Заметим, что длинна не имеет значения. Площадь поперечного сечения определяет прочность луча. То есть насколько сильны вы должны быть, чтобы сломать его, приложив усилия сдавливания и растягивания.

Момент инерции немного устаревший инженерный термин для обозначения сопротивления структуры сгибанию и используется инженерами в ином значении, чем это делают физики. В наши дни инженеры используют термин «момент инерции площади». (Вы можете заметить, что оба эти термина используются в разных книгах). Он зависит от распределения материала в структуре. Для лучей момент инерции зависит от того, как материал распределяется в луче. Основное правило заключается в том, что чем дальше располагаемый материал в луче лежит от центральной оси луча, тем больше момент инерции.

Площадь поперечного сечения и момент инерции площади абсолютно не зависят от материала в луче. Прут 1 дюйма в диаметре, сделанный из бальсового дерева имеет тот же самый момент инерции площади, что и 1-дюймовый прут из стали. Мы полагаем, что стальной прут будет прочнее по своему составу, но площадь поперечного сечения и момент инерции площади стального и бальсового прута будут сходными.

3.2.3. Эластичная деформация.

Все материалы деформируются. Главные зеркала изгибаются. Качающиеся коробки искривляются. Каркасные трубки провисают[1]. Когда вы подвергаете физическое тело — зеркала, каркасной трубы, качающейся коробки или чего-то в этом роде — нагрузке, оно всегда деформируется. Деформация может быть большой или не очень, поэтому инженеры разработали способы вычисления сопротивляемости деформации различных материалов.

Модуль эластичности это отношение напряжения к натяжению. (Вспомним, что напряжение это нагрузка на единицу площади, а натяжение это результат деформации). Для лучшего понимания, рассмотрим блок пенопласта на столе. Сверху пенопласт имеет определенный вес. Напряжение на блок оказывает вес нагрузки распределенный по площади поперечного сечения блока. Дан блок 4 на 4 дюйма в поперечнике и 6 дюймов высотой, на него оказывается нагрузка весом в 48 футов, напряжение 3 фунта на квадратный дюйм.

Натяжение блока пенопласта будет проявляться в сдавливании под нагрузкой. До этого блок был 6 дюймов высотой до приложения на него веса, а когда вес приложили, стал 5,4 дюйма высотой, блок был сдавлен на 0,6 дюйма. Модуль эластичности есть отношение напряжения к натяжению, поэтому 3 фунта на квадратный дюйм напряжения разделим на 0,6 дюйма деформации и получим модуль эластичности в 5 фунтов на квадратный дюйм. Для сравнения, модуль эластичности стали

30 000 000 фунтов на квадратный дюйм.

Модуль эластичности это свойство материала и только материала. Устойчивость это мера эластичной сопротивляемости нагрузке. Ключевое слово — эластичной: модулем эластичности измеряется способность структуры быть деформированной при определенном весе и способности вернуться в исходное положение до нагрузки.

3.2.4. Прочность материалов.

Сейчас, когда вы уже обладаете определенной терминологией, давайте рассмотрим простой случай: деревянный луч выходит прямо из кирпичной стены. Для инженера это классический случай прочности, выдерживаемой горизонтальным лучом. Мы подвешиваем вес на конец луча. Вопрос: что случится?

В общем, исходя из приобретенных сегодня знаний, вам известно, что конец луча будет изгибаться вниз под нагрузкой. Инженеры знают, что конец луча буде отклоняться следующим образом.

это

В этой формуле длинна это расстояние между зеркальной коробкой и второй клеткой, сила это вес клетки со всеми прибамбасами. I это момент инерции площади каркасных трубок и E это модуль эластичности. Самая важная вещь заключается в том, что деформация зависит от куба длинны луча. Двойная длинна луча и отклонение возрастет в восемь раз. Совсем не нужно описывать все словами: подвесьте какой-нибудь прут на краю доски и поэкспериментируйте с нагрузкой. И скоро вы осознаете, что для того, чтобы добиться лучшего результата, следует использовать лучи в телескопе как можно короче и толще. Поэтому, если вы, после прочтения этой главы научились лишь одной вещи, то пусть это будет имена эта вещь.

3.2.5. Устойчивость опоры.

Давайте рассмотрим каркасные трубы более внимательно. Как именно тут работает момент инерции? Рассмотрим алюминиевую трубку, расположенную горизонтально с грузом на одном конце.

Что случится, если изменится момент инерции площади изменится? Выражение для момента инерции площади полой трубки можно выразить таким образом:

Где OD это внешний диаметр трубы, а ID — внутренний диаметр. Таким образом, формула отклонения становится следующей:

Если хотите заняться вычислениями, вперед! Получайте удовольствие, сравнивая различные геометрии и материалы труб. Скоро вы увидите, что труба большего диаметра обладает меньшим отклонением. Для проделывания сравнений прекрасно подходит следующая формула для круглых труб:

Заметьте, деформация пропорциональна, а не равна.

Как мы видим сгибание прямо пропорционально кубу длины каркаса. Если вы сравните большого Добба с трубками по 10 футов с маленьким Доббом, имеющим пятифутовые трубы, вы обнаружите, что трубы того же диаметра сгибаются в восемь рас сильнее. (двойная длина в кубе дает восемь). Когда вы увидите, что компоненты на конце каркаса трубы также тяжелее, вы увидите, что трубки, превосходно работающие при пятифутовой длине работают хуже при длине в десять футов.

Поэтому для трубы, устойчивость каркаса пропорциональна в четверо увеличенному диаметру труб. Больший диаметр — большая устойчивость. И не просто большая, а большая в четыре раза. А четырехкратное усиление это все же лучше чем в один раз или вообще ноль.

Представьте две алюминиевые трубки одной и той же толщины и длинны. Одна трубка в дюйм диаметром, а другая в 1,5 дюйма. Большая трубка в 1,54 раза устойчивее! Увеличивая диаметр в полтора раза мы увеличиваем возможности каркаса в пять раз. Эта добавочная устойчивость оказывает прямое влияние на окуляр. Что хорошего в прекрасной оптике, если изображение танцует из-за вихляющих трубок.

3.2.5.1. Искривление качающейся коробки.

Каркас из трубок Добсонианца ограничивает качающуюся коробку. Так как зеркальная коробка имеет огромные держатели по сторонам, качающаяся коробка имеет очень низкий профиль. Ультра короткие стороны помещаются в очень тесную качалку. Давайте рассмотрим почему.

Как мы уже выяснили, искривление пропорционально кубу длины луча или плоскости. Из-за того, что телескоп с 20-дюймовой качалкой (и 6-дюймовыми держателями) выдерживает в восемь раз большее искривление, чем телескоп с 10 дюймовой качалкой (и 26-дюймовыми держателями). Для ваших практических целей все, что вам нужно запомнить это то, что когда высота качающейся коробки увеличивается вдвое, то сила искривления возрастает очень сильно. Поэтому делайте качалку как можно меньше при изготовлении.

Но изготовление как можно меньшей по габаритам качалки это только половина дела, а другая половина, это толщина. На плоскости устойчивость пропорциональна кубу толщины. Удваивая толщину стенок качалки — используйте два листа 3/2-дюймовой фанеры, склеенных вместе — устойчивость вырастет в восемь раз. Даже склеенные между собой листы ¼-дюймовой фанеры и ¾-дюймовой сделает качалку гораздо устойчивее, чем один лист ¾-дюймовой фанеры.

3.2.5.2. Искривление зеркала телескопа.

Законы физики, применимые к устойчивости качалки, также действуют и на главное зеркало. Как вы увидите, искривление возрастает стремительнее с возрастанием веса самого зеркала. Искривление на плоскости, в особенности по краям, пропорционально кубу диаметра деленному на куб толщины. Рассмотрим два зеркала сделанные из 2-дюймового крепкого Пирекса, одно 20-дюймовой апертуры, а другое 40-дюймовой. Если бы даже они имели один и тот же вес, все равно большее зеркало искривлялось бы в восемь раз сильнее просто из-за своего диаметра. Конечно, они не могут быть сходного веса, просто в большем зеркале больше Пирекса. Когда же вы включите разницу между весом и диаметром, тогда получится, что большее зеркало искривляется в 16 раз сильнее чем маленькое. Вот почему для больших зеркал нужны особые зеркальные клети для поддержки.

3.2.5.3. Почему простые вычисления не работают?

Построить маленький телескоп просто. С большим совсем другое дело. С увеличением размера составных частей, стремительно растет число проблем, с которыми вам придется столкнуться. Так как, когда вы идете от 10-дюймового телескопа к 20-дюймовому, то вы не сможете просто увеличить в двое значения в ваших вычислениях. На жаргоне инженеров, телескопный дизайн не «масштабируется» простым способом.

Большие компоненты качалки подвергаются большему искривлению не только потому, что они большие, а также потому что они должны выдерживать большие нагрузки. Допустим, вы удвоили все измерения вашей 10-дюймовой качающейся коробки. Удвоили расстояние между основанием и сторонами без увеличения толщины, вы увеличили силу искривления в них в восемь раз, если весит также, как 10-дюймовый. Толщина помогает компенсировать фактор восьми — но вес качалки становится больше и соответственно увеличивается вес всего телескопа. Простые вычисления дают нам невероятный вес 20-дюймового телескопа.

А теперь, для тех кто проспал физику в школе, немного освежим память. Площадь объекта возрастает по квадрату, а его вес по кубу. Даже когда вы работаете внимательно и контролируете весь процесс, все равно вес телескопа увеличивается намного быстрее его апертуры.

Благодаря постройке множества телескопов до этого, нам известно, что оптическая труба в сборке прекрасно собранного 40-дюймового Добсонианца весит в четыре раза больше 20-дюймового собрата, и отсюда сила искривления возрастает подчиняясь фактору четырех. Однако есть кое-что и похуже, так как с увеличением апертуры возрастает расстояние до окуляра вдвое, а это значит, что сила искривления, действующая на основание возрастает до удивительных размеров. Итогом для опытных телескопостроителей является то, что для постройки 20-дюймового Добсонианца нужны совсем иные требования, нежели для 40-дюймового, о котором можно только мечтать.

К счастью в данном случае можно использовать простые расчеты. Вы можете увеличить толщину стенок качалки и основание приобретет некоторую устойчивость. Вы можете сделать держатели даже больше и немного уменьшить качалку. То, что реально советует вам это книга — используйте в своих расчетах законы физики. Если вы сделаете азимутные и высотные держатели того же размера, как и нижняя качалка, то не добьетесь успеха. Если же вы увеличите толщину стенок качалки и основания, тогда вы выиграете.

3.2.6. Динамика Добсонианца: как Добсонианец двигается.

Добсонианские телескопы зависят от баланса и трения. Благодаря балансу, Добсонианец остается направленным в ту точку, куда вы его направили. Хороший Добсонианец должен иметь достаточно трения для того, чтобы удерживать его на месте, противясь дисбалансу и ветру, но таким, чтобы легкого прикосновения было достаточно, чтобы передвинуть телескоп на другое место.

Цель динамики Добсонианца, таким образом заключается в двух моментах. Первая цель, добиться такого баланса при котором он будет оставаться в выбранном положении, а вторая в том, чтобы обеспечить достаточное трение при перемещении, чтобы исключиться случайное движение и иметь возможность легкого управления.

3.2.6.1. Балансировка Добсонианца.

С инженерной точки зрения труба Добсонианца словно детские качели — брусок с весами на обоих концах. Исходя из вашего личного опыта игры на школьном дворе, вы можете интуитивно понять, что большой ребенок должен сидеть ближе, а маленький дальше для достижения баланса. Инженеры говорят, что при этом достигается равный вращательный момент для баланса качелей.

Момент вращения это произведение веса детей и расстояния от центра качелей, или говоря в инженерных терминах, сумма произведений действия сил и радиусов вращениия. Если сумма всех моментов вращения не равна нулю, тогда результирующий момент вращения заставляет толе крутиться. (Перевод: Когда вы помещаете большой Наглеровский окуляр в держатель, передняя часть телескопа уменьшается). Ваша цель, сделать сумму всех моментов вращения равной нулю.

Многие годы, множество людей строили телескопы, используя метод «научного втыка» и баланс трубы достигался при помощи высотных держателей или добавлением веса. Но не только лишних 32 фунта, подвешенных на задний конец вашего телескопа выдает в вас новичка, но это также значит, что вы будете волочить на себе лишних 32 фунта всякий раз, когда соберетесь проводить наблюдения. Мы не собираемся потворствовать вам.

Представляем вам описание того, как вычислить работу моментов вращения:

Рассмотрим телескоп, как устройство, в котором действуют определенные веса на определенных расстояниях от центра. В современном Добсонианце центр вращения находится наверху зеркальной трубы. Таким образом радиус вращения для каждого компонента это расстояние от центра. В реальности все проще, но хотя вес компонента распределен по всей длине, мы будем рассматривать его как сосредоточенный в центре. Например, каждая трубка в каркасе действует так, словно ее вес находится в центре всей трубы, и действительно, целиком вся система из восьми трубок действует так, словно ее вес находится в центре каркаса.

Сбалансированный телескоп подчиняется следующей формуле:

Это уравнение говорит следующее: для телескопа с n компонентами баланса, сумма всех моментов вращения индивидуальных компонентов должна быть равна нулю. Для получения момента вращения каждого компонента, умножьте их вес на расстояние от центра вращения.

Еще пару слов и мы закончим. Вспомните Рене Декарта, великого французского математика, который изобрел декартовы координаты. Используя декартовы координаты, расстояние от центра вращения положительно, если вы направляетесь к передней части телескопа от точки баланса и отрицательно, если направляться к задней части от точки баланса. Как бы то ни было, вы можете упростить себе жизнь, если все значения как передние так и задние примете как положительные.

Готовьтесь применить все эти полезные знания в главе 7, когда будете строить ваш телескоп. К этому времени вы должны знать следующее:

1. Вес зеркала Wm.
2. Вес клети зеркала Wmc
3. Вес зеркальной коробки Wmb
4. Вес каркаса трубы Wtt
5. Вес второй клетки Wsc

Вы должны иметь прекрасное представление о том, на какой дистанции будет размещаться каждый компонент от центра вращения, расположенного на верху зеркальной коробки. Вы получите баланс, когда:

Wmdm + Wmcdmc + Wmbdmb = Wttdtt + Wscdsc

Если вы хотите избежать алгебраических упражнений, вам нужно просто покрутить с высоты зеркальную коробку до момента вращения от нижнего баланса до верхнего момента вращения. Когда вы сделаете зеркальную коробку на один дюйм глубже, расстояние к зеркалу и зеркальной клети dm и dmc увеличивается на пол дюйма. Расстояние до второй клетки dsc уменьшается на один дюйм, но расстояние до центра трубного каркаса dtt уменьшается только на пол дюйма. С третьей или четвертой попытки вы сбалансируете ваши качели так как нужно.

3.2.7. Трение в Добсонианце.

Сила, необходимая для движения Добсонианца зависит от веса телескопа, удерживающих материалов и геометрии удерживающих поверхностей. Движение телескопа весом в несколько сотен фунтов должно обеспечиваться усилием всего лишь в пару фунтов. Построить такой телескоп не так просто, вы должны изучить сопротивление трения.

Для понимания трения допустим, что у вас есть блок одного материала, который оказывает сопротивление на поверхности другого материала. Для того чтобы сдвинуть блок (или толкнуть), вам нужно приложить определенное усилие. (Представьте пружинные весы, чтобы вычислить то, как сильно вам нужно толкнуть блок. Пружинные весы вычисляют силу трения). Сила трения это сила необходимая для того, чтобы двигать блок по поверхности с постоянной скоростью.

3.2.7.1. Определение трения.

Для данной пары материалов сила трения всегда будет присутствовать в движении блока, потому что он имеет вес, оказывающий влияние на поверхность. (Представьте как вы используете пружинные весы, для того, чтобы поднять блок с поверхности. Если поверхность ровная, то весы измеряют нормальную силу между поверхностями. Обычными словами, мы называем нормальной силой объекта его вес). Отношение между силой трения и нормальной силой составляет коэффициент трения.

Опишем это следующим уравнением:

В этой формуле f – это коэффициент трения, F — сила трения, а N — нормальная сила между материалами. На плоской поверхности нормальная сила это вес. Вы можете вычислить коэффициент трения между двумя материалами, используя пружинные весы: соотношение сил является коэффициентом трения.

Для большинства сочетаний материалов сила, необходимая для начала движения больше силы, необходимой для продолжения движения. Трение между не скользящими поверхностями называется статическим трением — между скользящими поверхностями — динамическим трением. Опишем коэффициент трения, как коэффициент статического трения и коэффициент динамического трения.

Давайте рассмотрим это в действии: у вас есть пружинные весы, деревянный блок и стол с поверхностью из Формики. Вы взвешиваете вам деревянный блок и весы показывают 10 фунтов. Положим блок на стол. Слегка толкните его пружинными весами. Ничего не случится, блок останется на месте. Увеличьте усилие до 3,7 фунтов и повторите толчок, блок внезапно начинает скользить. После небольшого экспериментирования вы узнаете, что можно толкать деревянный блок с постоянной скоростью при усилии в 2 фунта. Это значит, что статический коэффициент трения 0,37, а динамический коэффициент трения 0,20. Попробуйте тоже самое с другими материалами и узнаете, что динамическое трение всегда меньше статического трения.

Для Тефлона, скользящего на гладкой Формике статический коэффициент трения 0,10, а динамический 0,08. Для сравнения нейлон на Формике имеет статический коэффициент 0,20, а динамический 0,19 — в два раза грубее, чем Тефлон. Только несколько материалов, такие как воск скользящий по снегу имеют меньший коэффициент трения чем Тефлон на Формике.

Так из чего делать блоки в телескопе? Ну, держатели в Добсонианском телескопе это ничто иное, как блоки, скользящие друг по другу. Нижний держатель это кусок ламината, скользящий на трех блоках Тефлонового пластика. Аналогично для держателей по сторонам: они ламинатом скользят по Тефлону. Простота – вот что делает Добсонианца великим. Семью простыми кусочками пластика и десятидолларовой Формикой вы замените механическую работу стоимостью в тысячу долларов и получите гораздо лучшее движение.

3.2.7.2. Добсонианское трение.

Вы уже видели, что происходит, когда вы используете ламинатно-Тефлоновые держатели в большом Добсонианце. Телескоп действует как рычаг, который направляет силу вашего усилия на трубу вниз к держателям. Когда сила превышает статическое трение, телескоп начинает двигаться. Пока вы прикладываете определенную силу, телескоп продолжает двигаться с постоянной скоростью.

Поскольку телескоп двигается независимо в двух направлениях, вы можете вычислить силу, необходимую для движения телескопа по каждом из направлений. Когда эти две силы приближаются к одному значению, наблюдатели не могут различить движение по отдельным осям, просто они чувствуют, что телескоп свободно двигается в любом направлении.

Давайте определим несколько символом и начнем. Назовем длину трубы от высотного держателя до окуляра L, радиус высотного держателя Ralt, а расстояние от точки вращения до тефлоновых подушек в азимутном держателе Raz. Высоту угла телескопа мы назовем , а половину угла между тефлоновыми подушками и высотным держателем . (Это делается для удобства в дальнейшем). Вес, падающий на высотный держатель Walt, это вес трубы телескопа. Вес на азимутном держателе, Waz, это сумма весов трубы и качающейся коробки.

Рассмотрим ось азимута. Какую силу Faz вы почувствуете, когда надавите на трубу около окуляра? Трение в подушках на держателе это просто Waz. (Если вам интересно, то число подушек сбалансировано). Телескоп и держатель действуют как рычаг, уменьшающий эту силу. Короткий конец рычага, это радиус держателя, а длинный конец это длинна трубы, умноженная на косинус угла высоты. Полученный результат говорит нам, какую силу вы должны приложить, чтобы двигать телескоп по азимуту:

Faz

Высота работает по схожему принципу. Сила трения Nf, но, учитывая то, что подушка наклонена на угол по горизонтали, нормальная сила увеличивается до Walt sec . Труба и держатель вновь действуют как рычаг, уменьшающий силу нужную в точке окуляра. Сила, необходимая для того, чтобы двигать телескоп по высоте, вычисляется следующим образом:

Falt

До этого мы говорили о физике, давайте сейчас поговорим об инженерной изобретательности. Мы составили таблицу, показывающую, что вам потребуется для того, чтобы достаточно просто менять направление движения по каждой из осей. Если ваш телескоп не двигается так просто, как бы вы этого хотели или двигается слишком легко, просто применяйте правила из Таблицы 3.1.

Таблица 3.1. Контроль трения по высоте и азимуту.

Фактор дизайна телескопа | Увеличение простоты движения | Уменьшение простоты движения
Общий вес телескопа | Уменьшение веса | Увеличение веса
Длина трубы | Увеличение длины | Уменьшение длины
Коэффициент трения | Уменьшение трения | Увеличение трения
Размер нижнего держателя (только азимутного) | Уменьшение размера | Увеличение размера
Размер бокового держателя (только высотного) | Уменьшение размера | Увеличение размера
Угол между боковыми удерживающими подушками (только высота) | Уменьшение угла | Увеличение угла

Для примера, допустим телескоп просто превосходно двигается по высоте, но менее устойчиво по азимуту. В готовом инструменте вы не сможете изменить длину трубы или сделать сколько-нибудь серьезные весовые изменения, а кроме того, подобные изменения могут повлиять и на высотное движение. Поэтому вы можете переместить подушки на нижнем держателе ближе к центу или сменить материал нижнего держателя на материал с меньшим коэффициентом трения.

3.2.7.3. Избавление от спотыкания.

Если вы внимательно читали, то возможно заметили потенциальную проблему. В самом начале вы толкаете стационарный телескоп и что происходит? Сила увеличивается, противодействуя статическому трению и внезапно телескоп «упс!» освобождается и начинает двигаться. Сила, необходимая для того, чтобы привести телескоп в движение падает — начинается динамическое трение — телескоп ускоряется или набирает высоту. Вы расслабляете руку и телескоп внезапно рывком останавливается. Спотыкание — это плохое движение рывками — может создавать большие проблемы, если только вы не используете правильные удерживающие материалы. Причина, по которой строители Добба предпочитают тефлон и StarDust, Ebony Star или стекловолоконные ламинаты, заключается в свойствах этих материалов, коэффициенты статического и динамического трениях которых, практически идентичны на сухой поверхности, а покрытие удерживающей поверхности автомобильной полировкой на силиконовой основе, приближает эту разницу к нулю. Поэтому, уменьшается сила «рывка» при начале движения телескопа, только «маслянистое» скольжение истинного Добсонианца.

В добавок, к изначально гладкости, лучшие тефлоно-ламинатные сочетания обладают другими превосходными свойствами: более быстрым скольжением удерживающих поверхностей, более высоким коэффициентом трения. Держатели тем сильнее держатся на месте, чем сильнее вы их толкаете. И, как результат, увеличивается сопротивляемость телескопа к слишком быстрым движениям. Регуляция скорости другой ключевой компонент в движении истинного Добба.

Другие удерживающие материалы, такие как нейлон, поликарбонатный пластик или гладкая Формика могут быть дешевле или возможно у вас найдутся друзья у которых домашние хранилища полны ими, но все же это не тоже самое. Используйте их и ваш телескоп начнет двигаться толчками и рывками. В целом же телескоп будет трещать в начале, вибрировать при движении и визжать при остановке. У вас может появиться соблазн попробовать другие материала — не делайте этого. Вы конечно добьетесь того, что у вас получится телескоп внешне похожий на Добба, но в конечном счете — при его использовании — он не будет вести себя как истинный Добб. Работа Добсонианских телескопов зависит на правильном трении в работе их держателей. И поверьте, оно того стоит.

3.3. Материалы для телескопов.

Фанера, Формика, Тефлон и алюминий — основные материалы для телескопов, сделанных в домашних условиях. Мы не выбрали их только потому, что они встречаются на каждом шагу. Каждый из них имеет определенные свойства, необходимые для телескопостроителей. В этой главе мы рассмотрим каждый из этих материалов. Если вы найдете время, для того чтобы подобрать и использовать правильные материалы, вы будете намного счастливее со своими телескопами.

3.3.1. Дерево.

Основной материал, который вы будете использовать для постройки телескопа это фанера. Никакой другой материал не работает так хорошо. Кроме того он дешевый и прост в обработке. Дерево в форме фанеры это лучший материал, выбранный телескопострителями.

Почему дерево? В сравнении с металлом сразу понятно почему. Дерево не нуждается в сложной обработке, вам нужно только мощная дрель, пила и фасонная фреза. Дерево многое прощает: неточность в измерениях на шестнадцатую дюйма в сравнении с шестнадцатитысячную дюйма в металле. Дерево настолько важно, что мы включили его в Приложение А, где описаны его свойства.

Таблица 3.2. Механические свойства телескопных материалов.

Материал | Модуль эластичности (миллионы ФКД) | Плотность (фунты на кубический дюйм)
Алюминий | 10 | 0,097
Слой Балтийской березы* | 1 | 0,026
Латунь | 14 | 0,310
Медь | 17 | 0,321
Сталь | 30 | 0,283
Титан | 16 | 0,162
Фиберглас | от 2 до 5 | от 0,066 до 0,071
Пирекс | 9 | 0,081
Зеродур | 13 | 0,091
Белый дуб | 1,7 | 0,029
Сосна Пондероса | 1,2 | 0,017
*¾-дюйма 13-слойная панель, нагрузка параллельна верхнему шпону.

Деревянные компоненты можно соединить быстро и просто гвоздями, шурупами, болтами и клеями. Для металлических частей нужно дорогое сверление для каждого стежка или же сварка. Дерево также обладает самозатуханием. Вибрации от ветра или руки затухают моментально даже на самых больших хорошо изготовленных Доббах. Некоторым же массивным металлическим монстрам, которые мы видели, нужны минуты, чтобы успокоиться. А тем временем, когда телескопы перестают танцевать, объект наблюдения просто исчезает из поля зрения.

Дерево также легкое. В сравнении нет другого такого распространенного конструкторского материала, который обладал мы такой прочностью и устойчивостью. Только фиберглас и пенопластовые композиты, которые, как дороги, так и сложны в применении, опережают дерево.

И, напоследок, но самое приятное — дерево красиво. Телескоп из превосходной древесины почти также приятно любоваться как снаружи, так и внутри.

3.3.1.1. Дерево это Натуральное, Органическое Соединение.

«Дерево» это главный термин, который охватывает великое множество вариаций на тему. Распилочное дерево или древесина, было одно из трех, существуем множество типов древесины, как и видов деревьев. Есть не только тысячи разновидностей деревьев, но и различие по возрасту, влажности, составу почвы оказывает разнообразный эффект на свойства древесины. Когда думаете о дереве, вспоминайте его как очень разнообразном материале.

Но все виде дерева обладают своими ключевыми особенностями. Под увеличением вы можете увидеть длинные, полые волокна целлюлозы, натуральный пластик, который формирует стенки каждой клетки в живом дереве, организующий комплекс трех видовой структуры. Слои разной плотности, твердость материала (ксилема клеток), чередующаяся с мягким, губчатым материалом (флоэма клеток). При росте дерева эти три слоя пролегают внутри дерева, под корой: зимой материал твердый, а летом мягкий. Эти слои названы кольцами роста. В результате получается легкий, крепкий, прочный материал.

3.3.1.2. Дерево ортотропно.

Дерево имеет уникальные независимые механические свойства в трех взаимно перпендикулярных осях (вот что значит ортотропно). Оси проходят параллельно стволу дерева среди длинных переменчивых клеточных структур или древесных зерен, названных лонжеронными осями. Радиальные оси дерева расширяются наружу от центра, а тангенциальные оси лежат перпендикулярно зернам и касаются колец роста.

Дерево прочнее в лонжеронных осях чем в других двух. Для конструирования лонжеронные и тангенциальные оси нас и интересует главным образом. Задумайтесь о сосновой доске: для того, чтобы сделать из нее что-нибудь полезное вам нужно ориентироваться на то, чтобы изделие было ориентировано по прочным зернам, но не слишком, а значит изделие станет ломким.

Фанера превосходно подходит по этому показателю. Пластичные, тонкие слои дерева ориентированные в различных направлениях, дают нам однородную панель, у которой лонжеронная прочность распространяется на всю площадь. Таким образом, фанера это композитный материал, созданный из композитов. Тем не менее очень важно понимать, что фанера имеет только половину прочности в сравнении с однородной крепкой доской той же самой из той же породы и такой же толщины. Зерно доски однородно во всех направлениях, тогда как у фанеры половина слоя параллельная верхнему шпону, а другая перпендикулярна. Поэтому для простых изделий обычная доска лучше. А для панелей, которые используются в зеркальной коробке и качалке, фанера подходит лучше, так как она устойчива во всех направлениях.

Потребовалась бы дюжина различных параметров, чтобы полностью описать механические свойства дерева. Нам нужно только три: устойчивость, крепость и удельный вес.

Устойчивость: Сопротивление сгибанию называется модулем эластичности, Е, отношение единицы напряжения к единице натяжения. Другими словами, модуль эластичности описывает степень сгибания (эластичной деформации) в материале под давлением приложенной силы.

Исходя из того, что дерево ортотропно, оно имеет три модуля эластичности: по лонжеронным, радиальным и тангенциальным осям. Они различаются как между собой, так и в разных породах дерева с разной влажностью и удельным весом. Для фанеры в наших телескопах имеют значение только лонжеронные и тангенциальные модули эластичности, поскольку слои устанавливаются в этих направлениях. Большее значение модуля эластичности указывает на усточивость древесины и меньшую прогибаемость под нагрузкой.

Крепость: Сопротивление дерева давлению, разрушению и наружным повреждениям называется крепостью. Официально крепость определяется силой необходимой для того, чтобы вставить стальной шарик диаметром 0,444 дюйма на половину своего диаметра в дерево. Значения, указанные в Приложении А это средние радиальные и тангенциальные крепости. Увеличение значения крепости указывает на повышение сопротивляемости разрушению, царапинам и давлению.

Удельный вес: Это вес на единицу объема в сравнении с равным объемом воды. Исходя из того, что масса воды составляет 1 кг на литр, числовое обозначение удельного веса и плотности одинаковое. Независимо от породы дерева, древесина состоит преимущественно из целлюлозы удельным весом 1,5. Но сухая древесина плавает на поверхности воды, потому что наполнена кавернами и порами воздуха.

Некоторые породы дерева имеют больше целлюлоза на единицу объема чем другие и поэтому имеют больший удельный вес. После того, как древесина очищается от коры, выпрямляется, освобождается от дефектов удельный вес превосходно показывает конечное содержание субстанции, это хороший показатель механических свойств. И самое главное, чем выше удельный вес, тем прочнее древесина.

3.3.1.3. Выбор древесины.

Причина, по которой нужно знать модуль эластичности, крепость и удельный вес состоит в том, чтобы помочь выбрать древесину или фанеру, обладающую свойствами, максимально благоприятствующими нашей задаче. Приведем несколько примеров.

Для опоры вам нужно очень прочное дерево. В конце концов вы будете смущены, если ваш, гордо установленный телескоп даст трещины на большой звездной вечеринке, на которую вы приехали за 500 миль. Используйте древесину с высоким удельным весом: древесина гикори будет самой лучшей. Многие другие породы крепкой древесины будут также хороши. Они также обеспечат красивый контраст дереву зеркальной коробки если вы монтируете блоки снаружи.

Как насчет трех футовой подставки для телескопы? И хотя, они обычно ставятся на гравий и грязь с выбоинами и рытвинами, выбрать дерево с плоской поверхностью трудно. Груболистная береза и сахарный клен вполне подойдут.

Фанерные кольца, которые составляют основу второй клетки должны быть устойчивы, прочны и оставаться очень плоскими. Для достижения этой цели выберите фанеру, так как ее слои плоские. Но не используйте старую фанеру: выберите сделанную из пород дерева с высоким модулем эластичности, такая как груболистная береза или белый дуб.

С другой стороны, низ качалки не должен быть особо прочным, скорее тут важен подходящий вес, при котором он будет держать качалку снизу и не даст вам заработать грыжу когда вы опускаете ее. Выберите мягкую древесину восточной или западной сосны. Хотя обе породы имеют подходящий низкий модуль эластичности, они также имеют низкий удельный вес. Ель также хорошо подойдет. Выберите менее дорогие сорта фанеры как B-C и скрепите с двумя С листами.

Хотя вы можете сделать основание качалки из мягкой древесины, боковины качалки нужно сделать из другого материала. Бока будут биться вашими ногами, ударяться лестницей и биться о борта грузовика при транспортировке. Почему не использовать особо прочную фанеру? Выберите фанеру с поверхностью из груболистной березы, сахарного клена или красного дуба, а для лучших результатов, выберите фанеру с твердой сердцевиной.

Таблица 3.3. Мягкость и твердость фанеры.

Толщина в миллиметрах | Толщина в дюймах | Твердая однослойная фанера Твердая сердцевина и снаружи | Твердая однослойная фанера Мягкая сердцевина или Мягкая однослойная фанера Мягкая сердцевина и снаружи
3 | 1/8 | 3 | Нет
4 | 5/32 | 3 или 4 | Нет
5 | 3/16 | 4 или 5 | 3
6 | 1/4 | 5 | 3
9 | 3/8 | 7 | 3,4 или 5
12 | 1/2 | 9 | 3,4 или 5
15 | 5/8 | 11 | 5 или 7
18 | 3/4 | 13 | 5 или 7

В помощь вашему выбору дерева для телескопа есть Таблица А.2., содержащая список механических свойств различных пород. В ней показан общеизвестный факт, что твердые породы древесины прочнее, устойчивее и крепче чем мягкие. Можете посмотреть Приложение А и сравнить разные породы разных групп.

Сахарный клен устойчивее, прочнее и крепче чем любой другой вид клена. Механические свойства кленов значительно превосходят осину, другие породы также часто используют в твердой фанере. Хотите знать почему в боулинге предпочитают делать дорожки из клена? В сравнении с мягкой древесиной кленовые доски намного устойчивее, почти вдвое плотнее и в три разе крепче.

Купите древесину, которая была правильно высушена. Древесина с 15% влажности должна соединяться легко и высокой стабильной. Телескоп, сделанный из слишком влажной древесины будет прогибаться и деформироваться. Знайте что покупаете и покупайте сухую древесину.

Когда вы покупаете древесину или фанеру спросите продавца из какой породы дерева она получена и должным ли образом высушена. Листы «сосновой», «дубовой» или «березовой» фанеры могут быть сделаны из разных пород с различной прочностью и крепкостью. Наполнитель слоев в фанере часто делается из слабых пород для снижения стоимости.

Скажем напоследок: точно узнайте, что покупаете. На хорошем складе пиломатериалов вы можете получить все, что хотите. Не соглашайтесь со всем, что вам предлагают.

Таблица 3.4. Сравнительная устойчивость и крепость материалов.

Материал | Устойчивость* | Крепость*
Алюминий | 1,0 | 10
Сталь | 3,0 | 29
Латунь | 1,5 | 3,2
Белый дуб | 0,2 | 0,3
Фиберглас | 0,4 | 0,7
Пирекс | 0,9 | 0,8
Фанера | 0,1 | 0,2
Относительно алюминий = 1,0

3.3.2. Алюминий.

Алюминий легко доступен в разных сплавах. Из него делается разнообразные промышленные изделия. Несмотря на то, что они различаются по прочности или сопротивляемости постоянной деформации, все они имеют сходных модуль эластичности, и из них можно сделать превосходный прочный каркас. Для телескопостроителя обычный дешевый алюминий 6061-Т6 материал о котором можно только мечтать. Вы можете легко приобрести этот материал подходящей длинны на многих складах.

Почему алюминий? Очень маленький вес каркаса чрезвычайно важен в портативных телескопах. Так как весь каркас в сборке находится сверху, каждый фунт сэкономленный на каркасе переходит в более маленькую и легкую зеркальную коробку. Поэтому выбор металла для трубного каркаса представляется очень легким: вы не найдете материала лучше алюминия. Просто будьте уверены, что момент инерции каркаса достаточно велик для того, чтобы у вас была нужная устойчивость. Прочность? Ну, этим трубкам и не нужно быть прочными. Алюминий достаточно прочен и он легче в сравнении со сталью, медью и практически всеми металлами, за исключением титана, магния и экзотического углеволокна, составляющий материалы авиаконструирования.

Другие материалы прочнее алюминия, но их прочность не совмещается с устойчивостью. Прочность подразумевает сопротивление разрушению структуры, обвала, катастрофе. Модуль эластичности означает эластичную сопротивляемость деформации. Все, что нам нужно производится из алюминия, лодки, самолеты, пивные банки: мы выбираем алюминий потому что нам нужна устойчивость, а не вес. И нам всем нравится алюминий потому что он водонепроницаемы, просто режется, относительно дешев и ему не нужна защитная покраска. Стальные трубы это полная противоположность.

Медная труба имеет много преимуществ перед алюминием — доступность, цена, сопротивляемость коррозии и легкость обработки — но она в три раза тяжелее чем алюминий и только в 1,7 раз устойчивее.

Дерево не плохая альтернатива алюминию. В сравнении сосновые компоненты очень хороши, но полые деревянные трубы не доступны и в итоге каркас получается тяжелее алюминиевого. Тем не менее, деревянные и фанерные «поля» можно использовать, например сосновые доски, метловища и бельевые веревки. Используйте их, если не сможете достать алюминий.

Вы найдете еще информацию о выборе алюминия при постройке трубного каркаса в главе 8.

Таблица 3.5. Руководство по выбору ламинатов.

Апертура телескопа | Ламинат | Рекомендованная нагрузка на подушку
Свыше 18-ти дюймов | #1782 StarDust, Формика или Wilsonart Ebony Star на обоих осях | 15 фунтов на дюйм на подушках
От 20 до 24 дюймов | Ebony Star или стекловолокно на высотную ось, стекловолокно на азимутную ось | 15 фунтов на дюйм для Ebony Star, 12 фунтов на дюйм для стекловолокна
25 дюймов и больше | Стекловолокно на обе оси, центральная точка вращения обязательно | 12 фунтов на дюйм на всех подушках.

3.3.3. Тефлон.

Тефлон это марка фирмы Дюпон для политетрафлуороэтиленового пластика, названного ТФЭ или ПТФЭ для всего остального мира. Доступны две разновидности тефлона: девственный и механический. Девственный Тефлон — как подразумевает название — чистый и никогда не использовавшийся. Механический Тефлон получают от смешивания переработанного Тефлона с девственным Тефлоном. Когда они смешиваются переработанный Тефлон никогда не смешивается в однородную структуру. В результате частицы переработанного Тефлона высовываются из смеси и придают ей грубоватую структуру. Теоретически оба Тефлона имеют сходный коэффициент трения, но девственный Тефлон опережает по этому показателю переработанный. Так как Тефлон имеет неоднородную структуру, то его трудно удержать на месте. Большинство телескопостроителей гвоздями присобачивают кусочки тефлона к своим держателям, но прикрепить девственный Тефлон проще, так как вы можете просто приклеить его на нужное место. Материал травится кислотой с одной стороны и карбонизируется с другой. Такое покрытие придает Тефлону липкость. Вы можете использовать контактный клей для того чтобы прикрепить подушки, покрытые девственным Тефлоном прямо к фанере, таким образом устраняя возможность того, что шляпки гвоздей могут отойти и поцарапать ламинат.

Тефлон дорог. Зачем платить за толстый кусок Тефлона, когда в дело идет слой толщиной в несколько молекул? Для ответа смотрите Приложение Е. Мы рекомендуем использовать 3/32-дюймовой толщины покрытие девственным Тефлоном для боковых и нижних держателей.

3.3.4. Пластические ламинаты.

Когда Дэйв построил свого первого Добсонианца, лишь несколько человек имели телескопы с большей чем 17,5 дюймов апертурой. В то время было довольно просто доказать, что большой Добб был устойчивее при движении. Дэйв был среди первых, кто смог обнаружить способ уменьшить трение и получить удовольствие от фирменной гладкости маленького Добсонианца, экспериментируя с разными удерживающими материалами.

В «Изготовлении Телескопа» №8 Ричард Берри описал какие эффекты трения заставляют Добсонианские телескопы двигаться (суть его статьи описана в главе 3.2.7.). Исходя из того, что Тефлон был уже близок к идеальному материалу, Дэйв знал, что может найти более низкий коэффициент трения в новом ламинате. Вот что он сделал. Он повсюду носил с собой кусочек Тефлона в кармане. И везде, где предоставлялась такая возможность, он помещал этот кусочек на ламинате и тер по нему. Какой бы ни был этот ламинат, все равно Тефлон обладал более низким коэффициентом трения в сравнении с ним.

Дэйв обошел все что только возможно в течении года, проверяя каждый ламинат, который ему казался подходящим — в ресторанах, барах, кухнях и ваннах. Вдобавок он удостоился множества любопытных взглядов от служащих наблюдавших его Тефлоновый тест на стенных покрытиях, прилавках и каждом ламинатном покрытии, который он только смог найти. Он обнаружил, что ламинат, названый #7181 Бежево-Твидовая Формика имела меньший коэффициент трения чем любая другая поверхность, какую он мог найти. За несколько месяцев это открытие распространилось среди телескопостроителей, каждый Добсонианец в соединенных штатах стал использовать Бежево-Твидовую Формику. После Дэве нашел даже лучшие материалы, Ebony Star, StarDust и стекловолокно.

3.3.4.1. «Ebony Star» и «StarDust» ламинаты.

Очень приятно, что два лучших ламината для телескопа содержат слово «звезда». Это «Ebony Star» и «StarDust». Wilsonart Inc. производит Ebony Star #4552 и Formica Inc. делает StarDust для покрытия прилавков. Они намного лучше чем #7181 Бежево-Твидовая Формика. Они имеют твердую, испещренную точками поверхность и оранжевого и пестро-черного цвета.

«Ebony Star» и «StarDust» производятся, как многие ламинаты покрытия, из верхнего слоя декоративной бумаги, наполненной фенольной резиной. Листы склеиваются под большим давлением, выше чем 1000 фунтов на квадратный дюйм и при температуре достигающей 300 градусов по Фаренгейту. Обратная сторона имеет песочную структуру для облегчения контакта с поверхностью с кухонными столами и прилавками.

Одним из замечательных открытый, сделанных Дэйвом в своих исследованиях, было то, что текстурированные ламинаты в большинстве своем имеют меньшее трение, чем гладкие ламинаты. Текстуры Ebony Star и StarDust вне всякого сомнения важная часть их использования. Wlsonart Inc. помечает текстуру поверхности как «Базальт». Базальтовая серия ламинатов включает #4552 Ebony Star, #4406 Diamondhead, и #4408 Surfside. Formica Inc. помечает свои текстуры «Отделка под камень». Серия включает в себя #1782 Stardust, #1816 Fogdust, #1783 Firedust, и #680 Granite. Если ваше местное производство не выпускает эти ламинаты, попробуйте свериться со списком в Приложении Е и заказать данные материалы поблизости.

3.3.4.2. Стекловолокно.

Другой ламинат, который мы очень рекомендуем это «ФАП». Названный фибергласом, стекловолокном, но более правильно его назвать Фибергласовая Армированная Панель, он крепкий и покрывает стены пищевых производств. Твердая, газонепроницаемая поверхность не пропускает большинство растворителей, поэтому его можно чистить. Вы вероятно уже видели ФАП на стенах публичных комнат отдыха. Его текстура и гладкость делает ФАП очень подходящим для граффити.

Стекловолокно, продукт фибергласа, сделанный в Секвенции в Онтарио. Они назвали его «Структурное стекло». Этот ламинат состоит из однообразных матовые, высоко-прочные стеклянные волокон, встроенных в органическую резину. Композитный материал получен нагреванием под давлением до состояния твердого материала, который сам по себе легкий, прочный и ударопрочный с превосходными физическими свойствами. Он имеет гладкую монтажную поверхность. С практической стороны он очень твердый с зернистой поверхностью.

Зерно на ФАП такое большое, что, если тефлоновые подушки не будут такими же большими, то вы сможете чувствовать их при управлении телескопом. На больших Добсах это не проблема, так как подушки на них достаточно большие. ФАП продается на многих складах пиломатериалов в 4х8 футов листах 0,090-дюйма толщиной в белом, сером, миндальном или бежевом исполнении, около 30$ за лист. Несмотря на то, что текстура у всех листов одинакова, серое стекловолокно работает лучше.

ФАП прекрасно работает на боковых и нижних держателях для телескопов с от 18-ти до 40-дюймовой апертурой, поэтому ФАП прекрасно подходит для больших телескопов. В маленьких инструментах ФАП часто имеет низкое трение. Бризы свыше 5 миль в час вертят телескопы, как гигантские флюгеры. Если вы хотите, чтобы ваш телескоп двигался очень легко, тогда используйте ФАП.

Поэтому запомните главное правило, нагрузка на держатель в пределах 15-фунтов на основе Тефлона и Формики дает минимальное трение. Отклонение от 15-ти фунтов в любую сторону делает телескоп устойчивее и неподвижнее. Как бы то ни было, с Тефлоновыми и стекловолоконными держателями нагрузка в 12 фунтов на квадратный дюйм работает лучше, поэтому используйте большие Тефлоновые подушки со стекловолокном.

Вы также можете применять и другие ламинаты, приклеивая их ко основанию. Для стекловолокна нужно очистить клеящуюся поверхность ацетоном и тогда она лучше приклеется. Клеящаяся панель также хорошо работает со стекловолокном, если применить для этого тонкий слой.

3.3.4.3. Нанесение автомобильного воска на ламинаты.

Автомобильный воск это великий секрет телескопных держателей. Иногда на звездных вечеринках, Дэйв говорит людям, что «маслянистое» ощущение хорошего Добсонианца получается от масла (несмотря на то, что Висконсин «масляный штат»), но на самом деле секрет в автомобильном воске.

Силикон уменьшает разницу между статическим и динамическим трением, но также имеет пару серьезных неудобств: твердеет зимой и задерживает грязь. Иногда в них за пару дней накапливается столько грязи, делая движение затруднительным. То, что вам нужно, это силикон без наполнителя — автомобильный воск. Turtle Wax работает очень хорошо, но почти любая марка автомобильного воска, кажется работает также долго, как главный ингредиент силикон. Нанесите его на тряпочку, разотрите по поверхности, а затем отполируйте. Силиконовый автомобильный воск замечательно уменьшит трение на любом Добсонианце, большом или маленьком. Когда воск на вашем автомобиле покоробится и отслоится, воск ваших Добсонианских держателей последует тому же примеру.

Для того, чтобы сделать управление телескопом еще более легким, нанесите дополнительный защитный слой на удерживающие поверхности сразу после нанесения автомобильного воска. Защитное покрытие доступно на большинстве автомобильных складов. Всегда наносите автомобильный воск до нанесения защитного покрытия.

3.4. Защитные покрытия.

Мы предпочитаем натуральный вид дерева. Он действительно во многом выигрывает. Дерево это строительный материал с зернистостью, со своей определенной текстурой и особенностями. Вид гладкой, мореной и лакированной древесины дает неповторимое эмоциональное наслаждение. Дерево притягивает людей. Им нравится прикасаться и чувствовать ее.

Когда в последний раз вы ласкали фибергласс или металлический телескоп на звездной вечеринке? Искусственные материалы холодные и безжизненные. Произведенным массово по шаблону, им не хватает древесного характера и теплоты. Если вы поставите десять телескопов, сделанный по одному и тому же плану, в ряд, каждый из них будет смотреться уникально. Это зернистость, способ окраски, это разнообразные вариации по мере роста дерева, делают его таким приятным для взора. Вы не услышите, как народ говорит «Это прекрасная металлическая труба». Вместо этого они скажут «Мне нравится сделанное из дерева» или «Это действительно красивое дерево». Почему вы думаете, что дешевая мебель, автомобильная отделка и микроволновки часто делают под дерево? Люди любят дерево.

Использование краски, чтобы скрыть и прикрыть дефекты мастикой, маркерами, инструментами или специальными порошками не верный путь. Черная краска внутри поверхностей снижает отражение света. Но для того, чтобы выставить дерево в лучшем виде используйте морение и лак, чтобы показать собственное мастерство заботу о конечном продукте. Лак не скрывает ничего и говорит все.

Для телескопов, которым предназначено быть портативными, полиуретановый лак подходит намного лучше обычного лака или краски. Удары и царапины намного виднее на краске чем на лакированной поверхности. У краски есть тенденция к шелушения, оставляя незаживающие раны на поверхности. Лак многое прощает. Дыры и царапины на лакированной древесине часто выглядят естественной частью дерева, поэтому их труднее увидеть. В случае серьезного повреждения, приведшего к удалению части дерева, все, что вам нужно это вырезать подходящий кусок другого дерева и вставить на это место, и дефект будет трудно распознать. Окрашенные телескопы нужно время от времени красить вновь, а лакированные остаются в превосходном виде долгие годы.

Несмотря на то, что существуют сотни видов лака, мы все же рекомендуем полиуретан. Он является водоотталкивающим и не портится от воздействия неблагоприятной среды. Полиуретан механически прочный и сохраняет первозданный вид. Выбрав для внешнего покрытия дорогой полиуретановый лак, вы не пожалеете о протаченный деньгах.

Некоторые люди предпочитают глянцевые полировки, при которых ваш телескоп к примеру может выглядеть словно попавший в снежную бурю. Для достижения подобного результата нужно нанесение трех или четырех покрытий. После нанесения каждого слоя, нужно полностью протереть его влажной/сухой наждачкой. Начните с зерна #300 или #400, а затем закончите #600 зерном. Ополосните, вытрите насухо и наносите следующий слой. Если для нанесения лака вы используете кисть, то нужно ею наносить только вертикальные мазки. Горизонтальные мазки имеют тенденцию подтекать до полного нанесения лака.

Покрытие всех внешних поверхностей Формикой это другой возможный вариант. Формика не выглядит также хорошо, как дерево, но она прекрасно подходит для людей, которые хотят наблюдать под дождем. Поскольку Формика водоотталкивающая, то роса или заморозки не причиняют ей вреда. Как бы то ни было, есть тут и свой недостаток, о котором вам нужно знать. Хотя не так уж трудно работать с ламинатами, если вы знаете как это делается, все же телескоп это не лучшее место для того, чтобы учиться. Попрактикуйтесь заранее, чтобы делать все правильно. И если точно не знаете, как это делается, лучше не делайте. Кроме того, части, покрытые Формикой не должны надолго оставляться под горячим солнцем. Иначе получится, что вы возьмете свой телескоп на звездную вечеринку и выставите его на всеобщее обозрение, только для того, чтобы ваша красивая Формика отвалилась под солнцем.

Выкрасите внутреннюю сторону зеркальной коробки и качалки в черный. Спрашивайте любое крепко держащееся цветное латексное покрытие для внешнего вида, а для внутренних частей попросите красильщика добавить так много черного пигмента в краску, насколько это вообще возможно. Убедитесь, что наносите черное внутреннее покрытие только после того, как закончили внешнюю окраску каждого компонента. Если вы покрасите внутренние части в черный цвет с самого начала и часть черной краски попадет на внешние части, то вы уже не сможете полностью удалить эти пятна с поверхности. А если вы капнете черной краской на уже окрашенную поверхность, то ее можно будет просто удалить влажной тряпкой.

[1]

И вообще нет в жизни счастья….(Прим. пер.)

(Назад)