Un horno rotatorio es un dispositivo para fabricar objetos sólidos que tienen superficies cóncavas que son segmentos de paraboloides simétricos axialmente . Por lo general, los objetos están hechos de vidrio . El horno hace uso del hecho, que Newton ya conocía , de que la forma inducida por la fuerza centrífuga de la superficie superior de un líquido en rotación es un paraboloide cóncavo, idéntico a la forma del espejo de enfoque primario de un telescopio reflector.
Los paraboloides se pueden usar de varias maneras, incluso (después de ser plateados ) como espejos primarios en telescopios reflectores y cocinas solares . [1]
Diseño
El horno incluye un mecanismo que hace girar un recipiente con la parte superior abierta a velocidad constante alrededor de un eje vertical. Se coloca en el recipiente una cantidad de vidrio suficiente para hacer el espejo, se calienta hasta que esté completamente fundido y luego se deja enfriar mientras se continúa girando hasta que se solidifica por completo. Cuando se detiene la rotación, el vidrio es sólido, por lo que se conserva la forma paraboloidal de su superficie superior. Este proceso se llama spin casting .
El mismo proceso se puede utilizar para hacer una lente con una superficie paraboloidal cóncava. La otra superficie está formada por el recipiente que contiene el vidrio fundido que actúa como molde. Las lentes fabricadas de esta manera se utilizan a veces como objetivos en telescopios refractores .
El eje de rotación se convierte en el eje del paraboloide. No es necesario que este eje esté en el centro del recipiente de vidrio, ni siquiera que pase por el recipiente. Al colocar el recipiente lejos del eje, se pueden moldear segmentos paraboloidales fuera del eje. Esto se hace en la fabricación de telescopios muy grandes que tienen espejos que constan de varios segmentos.
Modelo matemático
Velocidad de rotación y distancia focal
La distancia focal del paraboloide está relacionada con la velocidad angular a la que el líquido gira mediante la ecuación: , dónde es la distancia focal, es la velocidad de rotación, y es la aceleración debida a la gravedad . Deben estar en unidades compatibles, por ejemplo, puede estar en metros, en radianes por segundo, y en metros por segundo cuadrado. La unidad de ángulo endeben ser radianes . 1 radián por segundo equivale aproximadamente a 9,55 rotaciones por minuto ( RPM ). En la superficie de la Tierra,es de aproximadamente 9,81 metros por segundo al cuadrado. Poner estos números en la ecuación produce la aproximación:, dónde es la distancia focal en metros, y es la velocidad de rotación en RPM.
Usos
Generalmente, un paraboloide giratorio no es lo suficientemente preciso como para permitir su uso inmediato como espejo o lente de un telescopio, por lo que se corrige con máquinas de pulir controladas por computadora. La cantidad de molienda realizada y la masa de material de vidrio desperdiciado son mucho menores de lo que se hubiera requerido sin el hilado.
La fundición giratoria también se puede utilizar, a menudo con materiales distintos del vidrio, para producir prototipos de paraboloides, como reflectores de focos o concentradores de energía solar, que no necesitan ser tan exactamente paraboloidales como los espejos de los telescopios. Hacer girar todos los paraboloides que se fabrican sería demasiado lento y costoso, por lo que el prototipo simplemente se copia de forma relativamente rápida, económica y con la precisión adecuada.
Los telescopios de espejo líquido tienen espejos giratorios que consisten en un metal líquido como el mercurio o una aleación de galio de bajo punto de fusión . Los espejos no se solidifican, sino que se utilizan en estado líquido y en rotación. La rotación los convierte en paraboloides que son lo suficientemente precisos como para ser utilizados como reflectores primarios en telescopios. No es necesaria ninguna corrección de la forma. Los espejos de vidrio giratorio necesitan corrección debido a las distorsiones que surgen durante y después de la solidificación.