Трение в высотных держателях.

Если бы в этом случае не было трения, то представьте, чтобы случилось с вашим телескопом. Представьте, что он расположился на четырех подушках безо всякого трения. Стоит только на одну миллионную часть унции сместиться балансу и легкий конец поднимется, а тяжелый опустится. Как обнаружили многие из тех, кто управлял телескопом, достаточно много из них, основанных на круглых держателях ведут себя подобным образом.

Рассмотрим типичный Добсонианец. Телескоп подвешен между двумя большими держателями с поверхностью из Формики. А она в свою очередь контактирует с Тефлоновыми подушками. Вопрос: если телескоп весит 100 фунтов, то какую силу нужно приложить для его движения? Ну, вы уже решили эту проблему: ответ 10 фунтов. Если вы прикрепите пружинные весы к внешнему краю держателя, то они покажут именно 10 фунтов.

Однако — и это довольно больше «однако» — это не то место за которое вы толкаете Добсонианец. Вы толкаете его за верхний конец, т.е. за вторую клетку. Телескоп это большой рычаг. Если радиус держателя 10 дюймов и расстояние от центра держателя до второй клетки 50 дюймов, тогда сила, которую вы должны приложить к верхнему концу будет всего 1/5 от силы, нужной чтобы сдвинуть телескоп, если тянуть за сам держатель. Таким образом вместо 10 фунтов вам нужно всего 2.

Сила, необходимая для того, чтобы сдвинуть что-нибудь рычагом равна силе без рычага, разделенной на плечо момента (это отношение названо механическим преимуществом). Вот почему проще открыть банку краски легче отверткой чем монетой: длина контактной поверхности отвертки ¼ дюйма с обоих сторон, а момент плеча монеты ½ дюйма, и кроме того отвертка еще и 8 дюймов длинной. Монета дает механическое преимущество ½ деленное на ¼ или 2. Отвертка дает вам механическое преимущество 8 деленное на ¼ или 32.

На телескопе момент плеча это длина трубы в сборке от точки вращения наверху зеркальной коробки к месту приложения силы вашей руки. Большие телескопы имеют длинный момент плеча. На 20-дюймовом f/5 Добе момент плеча около 70 дюймов, а на 40-дюймовом он может быть 150 дюймов.

Думайте о последствиях. Держатели всегда несут равный вес, поэтому они сопротивляются толканию с равной силой независимо от радиуса. Однако, маленький радиус держателя, увеличивает механическое преимущество и требует меньшую силу, необходимую для движения телескопа. Больший держатель увеличивает сопротивление движению. Если вы строите Добсонианца с традиционными держателями малого диаметра и длинной трубой, телескоп будет двигаться просто — действительно, он может двигаться слишком просто! Просто ветер может сдвинуть его и тем мешать вашим наблюдениям.

Большой размер держателей обеспечивает большее сопротивление движению и они также обеспечивают другие хорошие вещи. Если держатели достаточно большие, они укрепляют зеркальную коробку и существенно уменьшают высоту боков качалки. А это большие преимущества. Более тонкое преимущество состоит в увеличении держателей скорость движения на Тефлоне, когда вы отслеживаете звезды. В своей статье в «Изготовлении телескопа» № 8, Берри заметил, что когда «линейная скорость достаточно высокая для Тефлона, то происходит… масляный эффект движения Добсонианца».

Закон трения гласит, что трение не может зависеть от скорости с которой объект скользит по поверхности. Из сегодняшнего эксперимента вы уже знаете что это не совсем так. Большинству объектов необходимо большая сила в начале движения, чем когда движение продолжается, это коэффициент трения для статичного объекта, который выше чем коэффициент трения для движущегося (кинетического) объекта. Попробуйте это с книгой на столе: вы толкаете все сильнее и сильнее и в один прекрасный момент книга начинает движение, вы можете поддерживать это движение уже с меньшим усилием чем то, что требовалось вам в начале. (Иногда эту липкость называют «трение покоя»). Большинство таблиц трения дают оба коэффициента трения статичный и кинетический.

Тефлон это необычная штука. Коэффициенты статического и кинетического трения у него почти равны. Когда телескоп с Тефлоново-Формиковыми держателями начинает двигаться, то это не происходит как внезапный толчок а затем покой, это ощущается как плавное движение. Однако Тефлоновый коэффициент трения увеличивается при увеличении скорости движения скользящих поверхностей. Чем быстрее вы стараетесь двигать телескоп, тем сильнее он сопротивляется. Тефлон действует как регулятор скорости — при его помощи довольно просто начать и продолжать движение, но он немедленно увеличивает сопротивление движению при возрастании его скорости.

Когда это происходит, то у вас получился превосходный телескоп, хитрость лишь в том, чтобы вычислить высоту держателя, дающую правильное сопротивление движению. Для телескопа, двигающегося по оси высоты сила, которую наблюдатель должен приложить зависит от следующих факторов:

1. Длина телескопа.

2. Вес держателя.

3. Материала держателя.

4. Радиус держателя.

5. Размещение удерживающих подушек.

У вас довольно ограниченный контроль над первыми двумя факторами, поскольку они зависят от телескопа. Однако, выбором величины апертуры, тонкостью зеркала установленного в каркасной трубе, вы можете эффективно влиять на то, чтобы сделать легкий телескоп. Косвенно это значит с материалами держателя, обладающими малым трением вы обнаружите, что вам нужны держатели большого радиуса. Но мы забегаем вперед.

Тефлон и Формика делают Добсонианца тем, что он есть. Вы будете строить ваш телескоп при помощи материалов имеющих половинный коэффициент трения классического гладкого, покрывающего материала. Вместо классической гладкой Формики мы рекомендуем гладкий галечный пластиковый ламинат или фибергласовый материал, сделанный для покрытия стен ванных. Так, для Тефлона мы знаем, что девственный Тефлон лучше всего «что вы только можете найти». Тефлон начал использоваться в телескопах два десятилетия тому назад. Вдобавок, мы знаем, что покрытые воском ламинаты уменьшают коэффициент трения и остальные, однако исчезает эффект прилипания (см. Раздел 3.2.7.3).

И последний фактор, контролирующий трение это изменение угла между Тефлоновыми подушками. Размещение подушек частично влияет на увеличение обычной силы на которую Тефлоновые подушки рассчитаны, которая увеличивает силу, необходимую для движения телескопа. Разместите их слишком далекое и удержание может стать слишком сильным. Размещение подушек ближе делает удерживание очень не прочным, однако слишком близкое размещение делает телескоп слишком легким в движении. Опытным путем было установлено, что размещение Тефлоновых подушек под углом от 65-ти до 70-ти градусов превосходно работает. В результате обеспечивается очень стабильная поддержка и нужно совсем не большое усилие для управления телескопом.

Главная стратегия в изготовлении телескопа это сделать телескоп максимально легким и выбрать удерживающие материалы с низким коэффициентом трения. Это позволяет вам сделать боковые держатели очень большими, обеспечив таким образом преимущества в укреплении зеркальной коробки, более низкой качалки Тефлоновый эффект регулирования скорости для особо гладкого движения.

Дата добавления: 2015-11-14