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WISSENSCHAFTLICHES LABOR FÜR KINDER
Teleskopspiegel. Wissenschaftliches Kinderlabor
Verzeichnis / Wissenschaftliches Kinderlabor In vielen Handbüchern für Amateurastronomen erfahren Sie, wie Sie das einfachste Spiegelteleskop selbst bauen können. Bei diesem Teleskop übernimmt ein Hohlspiegel die Rolle eines Objektivs. Und die größte Schwierigkeit besteht darin, diesen Spiegel zu Hause herzustellen. Dieser Prozess ist komplex und erfordert die Herstellung von Geräten zum Schleifen und Polieren sowie zum Versilbern dicker Glasrohlinge. Kann man etwas anders machen? Versuchen wir, einen Spiegel aus ... metallisierter Lavsan-Folie herzustellen. Um besser zu verstehen, wie dies bewerkstelligt werden kann, lassen Sie uns etwas ausdenken. Stellen Sie sich vor, wir halten eine Blechdose ohne Boden in der Hand, auf der unsere Folie fest gespannt ist. Dabei handelt es sich um eine flache Spiegelfläche. Was passiert, wenn der Druck im Glas unter den Atmosphärendruck sinkt? Der Film wird sich verbiegen. So entstand die konkave versilberte Oberfläche. Die Idee ist einfach: Sie können versuchen, auf diese Weise einen Spiegel für ein Teleskop herzustellen. Aber zuerst entwickeln wir das Design der „Dose“. Und denken wir darüber nach, wie und womit wir im Inneren die erforderliche Verdünnung erzeugen, um die Oberfläche mit der gewünschten Krümmung zu erhalten. Wir reservieren gleich: Wir beschränken Sie bewusst nicht auf die Auswahl von Größen, Materialien und anderen Details, sondern geben lediglich die Hauptrichtung der Suche an.
Eine Variante des Designs der „Dose“ ist in Abbildung 1 dargestellt. Dabei handelt es sich um ein zylindrisches Glas, das auf einer Drehbank aus Plexiglas gedreht wird. Die Maschine verfügt über einen Auslass, der später zum Pumpen von Luft benötigt wird. Der Ring ist ein weiteres Designdetail. Es besteht aus dem gleichen Material wie das Glas. Der Ring wird von oben auf die über die Glaskanten gespannte Folie abgesenkt und klemmt diese hermetisch ein. Lassen Sie uns nun über eine Möglichkeit nachdenken, Luft aus einem Glas zu pumpen. Die einfachste Lösung ist die Anschaffung einer Kolbenpumpe. Oder vielleicht versuchen, es selbst zu machen? Auf welche Weise? Erinnern Sie sich an den interessanten Fall von Daniel Bernoulli, einem berühmten Physiker. Unter der Decke befand sich im Raum eine offene Luke. Eines Tages wehte ein starker Wind durch diese Luke. Sie wollten die Luke mit einem Schild verschließen. Und als der Mann begann, die Treppe hinaufzusteigen, mit dem Schild über seinem Kopf, trug der Wind den Schild nach oben und drückte ihn gegen die Luke. Wenn wir nun den Bernoulli-Effekt kennen, können wir leicht erklären, was passiert ist. Versuchen wir, die Rückzugswirkung des Luftstrahls in einer selbstgebauten Wasserstrahlpumpe zu nutzen. Die Idee hier ist sehr einfach. Die Wasserstrahlpumpe besteht aus einem Zylinder mit drei Auslässen (siehe Diagramm in Abb. 2). Durch einen der Auslässe wird Wasser zugeführt, durch den anderen fließt es ab und der dritte Auslass ist mit einem Behälter verbunden, aus dem Gas entfernt werden muss. Ein solches Bild beobachten wir, wenn wir die Pumpe von außen betrachten. Was passiert im Ballon? Wie Sie wissen, ist die Geschwindigkeit einer Flüssigkeit, die sich durch ein Rohr mit variablem Querschnitt bewegt, dort größer, wo das Rohr schmaler ist, und je größer die Geschwindigkeit, desto geringer ist der Druck im Inneren der Flüssigkeit. Das sagt uns das Gesetz von Bernoulli. Der Wasserstrahl, der aus dem verengten Teil des Rohrs im Inneren des Zylinders fließt, hat eine hohe Geschwindigkeit, im Inneren des Strahls entsteht ein Niederdruckbereich. Die Luft wird durch die Strömung angesaugt und mit dem Wasser aus dem Zylinder abgeführt. Nur? Dann beginnen wir mit der Herstellung der Pumpe. Reis. 1. Eine Dose ohne Boden, auf die die Folie straff gespannt ist. Wenn der Druck in der Dose unter den Atmosphärendruck absinkt, wird die Folie durchhängen. Reis. 2. Die Wasserstrahlpumpe besteht aus einem Zylinder mit drei Auslässen. Durch einen der Auslässe wird Wasser zugeführt, durch den anderen fließt Wasser ab und der dritte Auslass ist mit einem Behälter verbunden, aus dem Gas entfernt werden muss. Reis. 3. Das Design der Wasserstrahlpumpe. Reis. 4. Auf eine Wasserstrahlpumpe können Sie verzichten. Bevor wir die Folie dehnen, klemmen wir das Loch im Boden des Gehäuses fest und füllen es mit Wasser. Jetzt müssen Sie die Folie fest spannen und das Wasser langsam ablassen – der Druck über der Oberfläche sinkt und die Folie wird nach innen gezogen. Reis. 5. Schema des Experiments. Sein Design ist in Abbildung 3 dargestellt. Aus Plexiglas muss ein zylindrisches Glas geschnitzt werden. Wir bohren ein Loch in den Boden des Glases, in das wir das Rohr einführen. Am Rand machen wir eine Nut für die Abdeckung. An der Seitenfläche des Glases, etwa auf halber Höhe, bohren wir ein Loch für das Rohr, das mit dem evakuierten Tank verbunden wird. Auch Rohre mit variablem Querschnitt können aus Plexiglas gefertigt werden. Um im schmalen Teil des Rohrs einen für den Betrieb der Pumpe ausreichenden Druck zu erhalten, müssen sich die engsten und breitesten Abschnitte der Rohre in der Fläche etwa um das Vierfache unterscheiden. Sie benötigen außerdem eine Plexiglasabdeckung und eine Gummidichtung zum Abdichten. Lassen Sie uns die Struktur zusammenbauen. Kleben Sie die Röhrchen in die dafür vorbereiteten Löcher im Glas und im Deckel (versiegeln Sie sie mit Epoxidharz). Schließen Sie den Deckel mit der Gummidichtung fest. Verbinden Sie die Pumpe mit einem Wasserhahn und pumpen Sie das Volumen mit Gummischläuchen. Indem wir die Geschwindigkeit des Wasserstrahls anpassen, können wir den Druck und damit die Krümmung des Spiegels steuern. Dazu ist es notwendig, den zum Abpumpen vorgesehenen Auslass mit einem Gummischlauch an die Pumpe anzuschließen. Wenn die Krümmung erreicht ist, muss der Schlauch mit einer Schelle festgeklemmt werden – fertig ist der Spiegel. Kann man auf eine Pumpe verzichten? Sehen Sie sich Abbildung 4 an. Bevor wir die Folie dehnen, klemmen wir das Loch in der Unterseite des „Spiegelkörpers“ fest und füllen es mit Wasser. Wenn wir nun die Folie fest spannen und beginnen, das Wasser allmählich abzulassen, sinkt der Druck über der Flüssigkeitsoberfläche und die Folie wird nach innen gezogen. Sie können sogar ein wenig recherchieren – finden Sie heraus, wie die Brennweite des Spiegels von der ausgegossenen Wassermenge abhängt. Das Schema für eine solche Studie ist in Abbildung 5 dargestellt. Sie benötigen einen Chemikalienständer, ein Becherglas, eine Linse und eine Glühbirne. Schlitz, Schirm und Ständer für den „Spiegel“ selber machen. Zeichnen Sie als Ergebnis des Experiments ein Diagramm: Zeichnen Sie das in das Becherglas gegossene Wasservolumen (in Millilitern) auf der Abszissenachse und die Brennweite des Spiegels (in Zentimetern) auf der Ordinatenachse auf. Mithilfe dieser Grafik können Sie die Brennweite des Spiegels ziemlich genau berechnen. Autor: I.Nedosekina
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