Heliostato
La versión actual de la página aún no ha sido revisada por colaboradores experimentados y puede diferir significativamente de la versión revisada el 14 de julio de 2021; las comprobaciones requieren 4 ediciones .Un helióstato es un dispositivo que puede girar un espejo para dirigir los rayos del sol constantemente en una dirección, a pesar del aparente movimiento diario del sol. Los helióstatos se han utilizado en telescopios solares, pero han sido reemplazados por el celote más simple .
Un dispositivo mejorado utilizado para observar otros cuerpos celestes, además del sol, se denominó siderostat ( lat. sideris - caso genitivo del lat. sidus - "cuerpo celeste, estrella" y otro griego στατός - "de pie, inmóvil"). Los siderostatos más simples ya se usaban en el siglo XVII. Desde el siglo XVIII, se ha utilizado un mecanismo de reloj para girar el espejo. [una]
Cómo funciona
Para muchos experimentos de óptica en el pasado, era necesario hacer pasar un haz de luz solar reflejado en un espejo a través de una serie de instrumentos cuidadosamente colocados uno tras otro sobre una mesa o banco horizontal. Pero el Sol tiene un aparente movimiento continuo, describiendo durante su revolución diaria visible alrededor del eje del mundo PP' (ver Figura 1) uno de los pequeños círculos de la esfera celeste .
En los días de los equinoccios de primavera y otoño , este círculo coincide con el ecuador celeste BB' , por lo que el cono descrito por el rayo se convierte en un plano. Por el contrario, en verano e invierno, en la época de los solsticios , estos círculos AA' y CC' serán los más pequeños, y los conos descritos por los rayos serán los más agudos. De acuerdo con tal movimiento del rayo solar durante el movimiento diario de esta luminaria, se organizaron "helióstatos", dispositivos en los que el reloj gira el espejo de tal manera que el rayo reflejado conserva su dirección original durante mucho tiempo. .
Historia y variedades del helióstato
El primer helióstato fue construido, según Poggendorf , a mediados del siglo XVII por un miembro de la academia florentina "del Cimento" Borelli , en relación con los experimentos sobre la velocidad de la luz , realizados por esta academia.
El helióstato más simple en teoría lo dispuso Fahrenheit en el primer cuarto del siglo XVIII. En él, el mecanismo del reloj hacía girar el espejo alrededor de un eje paralelo al eje del mundo, a una velocidad de una revolución por día . Si el espejo está tan inclinado con respecto al eje de rotación que el rayo de sol se refleja paralelo a este eje cuando el helióstato se pone en movimiento, entonces es obvio que durante todo el día esta dirección del rayo reflejado permanecerá sin cambios. aunque en otros días, cuando la declinación del sol cambie significativamente, será necesario ya un ángulo diferente de inclinación del espejo con respecto al eje. Este helióstato resultó ser un inconveniente, porque el haz, dirigido de abajo hacia arriba, a lo largo del eje del mundo, tuvo que ser llevado en dirección horizontal por medio de una segunda reflexión, acompañada de una nueva pérdida de luz. Fraunhofer mejoró el diseño del helióstato Fahrenheit , y alrededor de 1860 Monkgoven arregló su gran helióstato para aumentos fotográficos con el mismo principio, y colocó sus instrumentos oblicuamente para evitar la reflexión secundaria.
El segundo en términos de simplicidad del dispositivo debe considerarse el helióstato de Litrov (agosto, Hartnack), donde el plano del espejo es paralelo al eje del mundo y la rotación se produce alrededor del mismo eje a una velocidad de media vuelta. de 24 horas. En los días del equinoccio, cuando el Sol se mueve a lo largo del ecuador , el rayo incidente en el espejo del helióstato y la perpendicular al plano de este espejo en el punto de incidencia estarán ambos encerrados en el plano del ecuador, por lo que el reflejo haz permanecerá en el mismo plano. Al instalar el dispositivo, puede girar el espejo para que el haz reflejado se vuelva horizontal; pero en este caso se dirigirá hacia la punta del oeste o hacia la punta del este, porque a lo largo de esta línea el horizonte corta con el plano del ecuador. El rayo reflejado no cambiará su dirección durante el movimiento diurno si el espejo gira en la misma dirección que el sol, pero a la mitad de la velocidad. Después de girar el espejo MM al ángulo NON` , (ver Figura 2) , el ángulo de reflexión RON disminuirá en NON` ; el ángulo de incidencia SON` debe disminuir en la misma cantidad para que el haz reflejado mantenga la misma dirección OR , por lo tanto, SOS=2NON` .
Los demás días, el Sol describirá pequeños círculos sobre la esfera celeste, y el rayo incidente quedará sobre la superficie de un cono que tiene uno de estos círculos en su base y su vértice en el centro de la esfera celeste. Un haz reflejado por un espejo fijo paralelo al eje del mundo describirá exactamente el mismo cono, pero ubicado simétricamente al otro lado del plano ecuatorial. Entonces, en el día del solsticio, este rayo reflejado describirá el cono que describe el rayo incidente en el solsticio de invierno, y viceversa. Para cada día, habrá dos direcciones en las que el haz reflejado sea horizontal; se dirigirán a los puntos de puesta y salida del sol del día tan alejado del solsticio de invierno como el día de observación lo está del verano. Y aquí el haz reflejado tendrá una dirección constante si el espejo gira uniformemente a razón de media revolución de 24 horas; esto se puede demostrar sobre la base de la simetría completa de la trayectoria del rayo con respecto al plano del ecuador. Obviamente, el helióstato de Litrov también es bastante inconveniente, porque no se puede elegir arbitrariamente la dirección del haz horizontal; por otro lado, su mecanismo no es difícil de realizar bien y puede dar un movimiento muy suave.
De los muchos helióstatos que permiten recibir un haz de luz solar reflejado en cualquier dirección horizontal o inclinada, solo los dispositivos de Silberman y Foucault resultaron prácticos . Cuando se da la dirección del haz reflejado, basta con dirigir la perpendicular al plano del espejo para que biseque constantemente el ángulo entre esta dirección y el haz incidente, y se resolverá el problema del helióstato. Pero dado que la diagonal del rombo biseca los ángulos por los que se dibuja, con cualquier inclinación de los lados, esto puede usarse para el helióstato, como lo hizo Zilberman. El espejo tt (ver Figura 3) de este dispositivo es solidario con la diagonal μf normal a su plano del cuadrilátero articulado αμef , cuyo lado αμ está dirigido paralelo al haz incidente soc , y el lado μe está dirigido paralelo al reflejado oR .
El mecanismo del reloj colocado en la caja H gira todo el arco cs alrededor del eje F , paralelo al eje de la bola, y los marcos que soportan el espejo giran alrededor de los ejes Co y o ; por lo tanto , la normal al espejo por sí sola permanece siempre en el plano de ambos rayos, y el movimiento continúa libremente durante todo el día, desde la salida hasta la puesta del sol. Con la ayuda de un arco, se ajusta la inclinación del eje de acuerdo con la latitud del lugar de observación , luego se enrosca cs con el tornillo D de modo que la aguja quede en la división que indica el mes y el día de observación, y en la otra superficie de este arco, el vernier mostrará el correspondiente ángulo de declinación del sol. Luego queda ajustar la flecha del dial explosivo al tiempo real de observación, poner en marcha el mecanismo y girar todo el dispositivo sobre el eje vertical de su base hasta que el haz que pasa por el orificio de observación s caiga en el centro de la placa p . Puede dirigir el haz reflejado al lugar deseado moviendo el arco rr' y girando su plano alrededor del eje del mundo por medio de los tornillos A y E. La insuficiente resistencia de las partes del helióstato Zilberman, en parte colgando del eje principal del mecanismo, y las pequeñas dimensiones del cuadrilátero guía no permiten la colocación de un gran espejo, e interfieren en el correcto movimiento completo. En el helióstato de Foucault (ver Figura 4), el espejo se apoya en un soporte especial y fuerte y, por lo tanto, se puede tomar en cualquier tamaño.
El mecanismo del reloj de la caja B gira alrededor del eje, que se establece paralelo al eje del mundo, la varilla AOC , que puede ser dirigida paralela a los rayos del sol usando el arco f , el dial y el dispositivo de observación, dispuestos como en el helióstato de Silbermann: el propio espejo está equipado con un EC de “cola” , dirigido normalmente a su plano. Esta cola es una con un círculo que gira sobre el eje horizontal en relación con la horquilla, que, a su vez, gira libremente sobre el eje vertical H. Así, el espejo puede girar alrededor del punto E en todas las direcciones; además, gira en su propio plano en relación con el círculo y la cola. El centro O del arco f debe estar ubicado en la misma línea vertical que el centro del círculo KL , y la longitud OE debe ser exactamente igual a la distancia OS . En este caso, el triángulo ECE permanecerá isósceles durante todo el movimiento del mecanismo de relojería y para todas las posiciones posibles de la base del espejo sobre el círculo KL ; por tanto, el ángulo de incidencia SEN permanecerá igual al ángulo de reflexión NER y el haz reflejado ER no cambiará su posición inicial. La placa hendida que rodea el extremo A de la varilla SOA y unida al espejo tiene por objeto orientar la mayor longitud de este último paralelamente al plano de reflexión de los rayos para mantener una anchura suficiente del haz de luz reflejado. A la latitud de San Petersburgo , los dos helióstatos descritos arriba funcionan satisfactoriamente sólo en verano; pero en invierno el sol sale tan poco sobre el horizonte que sus mecanismos no pueden ser llevados a su posición correcta en absoluto, o comienzan a actuar incorrectamente, porque en los sistemas articulares la inevitable brecha en las articulaciones y puntos de deslizamiento tiene la mayor influencia. de la posición de los miembros cuando las direcciones de estos últimos se cruzan en pequeños ángulos. El mecanismo que mantiene el haz de la luminaria en una dirección constante también se puede utilizar para observar esta luminaria en lugar de las instalaciones autopropulsadas de los telescopios que utilizan los astrónomos. Tal dispositivo, llamado siderostat , fue implementado en varias ocasiones por Fizeau y Foucault , Lossed y Mongoven, pero sin éxito. Gracias al trabajo de Foucault se han encontrado métodos para obtener espejos de vidrio perfectamente regulares, plateados en la superficie exterior y que no distorsionan la imagen reflejada mientras el espejo está en reposo; pero el temblor producido por el movimiento del reloj lo estropea todo. Tampoco ayudó mucho la sustitución de un mecanismo de relojería ordinario por un escape, dando un movimiento uniformemente periódico y utilizado en un helióstato, con un mecanismo con un regulador de Foucault para un movimiento suave y uniforme. El mejor siderostato fue el helióstato de mano de Tollon, fabricado por Gauthier, donde el propio observador ponía en movimiento un gran espejo regular alrededor de un eje vertical y horizontal, con la ayuda de interminables tornillos y cuerdas.
Véase también
Notas
- ↑ Siderostat // Gran enciclopedia soviética (tercera edición)
Enlaces
- Heliostat // Diccionario enciclopédico de Brockhaus y Efron : en 86 volúmenes (82 volúmenes y 4 adicionales). - San Petersburgo. , 1890-1907.
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