Informe de experimento: Telescopio Reflector Newtoniano

Introducción

Desde siglos anteriores se creía que la luz blanca estaba en estado puro y para poder tener colores se tenía que modificarla. Pero esta idea llevó a los científicos a crear este telescopio.

Siempre has querido observar la estrella pero no tienes un telescopio por falta de presupuesto en este experimento o proyecto observaras como se hace uno de poco precio.

Telescopio reflector

A diferencias de los telescopios comunes este tiene espejos en lugar de lentes ya que sirve para ver a grandes distancias, enfoca y así crea las imágenes. Está conformado por dos espejos: él principal, el cual forma esta situado al final del tubo, y el secundario o segundo es colocado cerca del orificio principal pero esto de forma diagonal.

¿Cómo funciona?

La luz que se introduce por el orificio principal se refleja en el espejo principal y se concentra en una parte frente a él, ya que antes de llegara esta parte de concentración de la luz al foco, el haz de la luz es desviado por el espejo secundario. El telescopio newtoniano es un espejo plano que desvía la luz hacia un lado del tubo donde esta el ocular (el ocular aumenta el tamaño de la imagen que se forma en el espejo principal.

Tipos de telescopio reflector

Dentro de los telescopios reflectores existen diferentes diseños. Los más populares son el Newtoniano y el Schmidt-Cassegrain. Su principal diferencia es la configuración óptica.

El Newtoniano tiene dos espejos, el primario: es parabólico, aunque en pequeñas aperturas usualmente es esférico; el secundario: más pequeño y liso. El Schmidt-Cassegrain esta conformado por un espejo primario también parabólico, pero con una perforación en su centro, para recibir la luz proveniente del espejo secundario, este es convexa, este diseño contiene una placa correctiva en la entrada de luz del telescopio.

Historia

Aun no existe un dato que muestre con exactitud cual fue el primer telescopio reflector, mas sin embargo la iniciativa de utilizar espejos cóncavos y convexos es de Leonard Digges, lo cual esta escrito en su libro de panometría, aunque no lo termino mas tarde su hijo Thomas quien lo termino y lo dio a conocer al publico en 1571.Mas tarde por 1636 para ser exactos Marin Mersenne crea un telescopio reflector formado por un espejo parabólico que tenia un orificio de poco tamaño delante de orto diminuto, así la luz se reflejaba a dirección de ojo por el orificio. Otro dato es marcado en el año de 1663 James Gregory, retoma la creación de Mersenne pero la innovó colocando un espejo chico secundario cóncavo y elipsoidal que mostrase la luz originaria del espejo primario al segundo plano óptico de la elipse en el eje de este, y de ahí al ocular. Isaac Newton mejora el telescopio alrededor de 1670, pero tuvo que oscurecer su cuarto después de abrió un pequeño orificio por le entraba luz pero en forma de rayo y era muy fino. Frente al reyo coloco un pedazo de material transparente y en la pared se formaba un arcoíris, ya que el material transparente refractaba. Después coloco un segundo bloque de material transparente y obtuvo de nuevo la luz blanca. Así descubrió que la luz blanca no era pura si no compuesta, por que en la luz blanca estaban todos los colores. Al terminar estos experimentos Newton se dio cuenta que era una aberración cromática esto era un defecto que no se podía evitar en las lentes de su época, esta idea era errónea pero todo esto lo llevo a crear el famoso telescopio newtoniano, se sigue utilizando hoy en día.

¿Que es aberración cromática?

Es cuando un rayo de luz común, al momento que pasa por una lente, no solamente se refracta, también se dispersa en sus componentes de colores. Cualquier rayo de luz que entra a la lente, se distribuye en un arcoíris de colores.

Objetivos

Construir un telescopio newtoniano para hacer observaciones astronómicas y así planear una velada nocturna de la estrellas.

Adjetivos:

Este proyecto requiere de seis meses así que es de largo plazo.

Recuerde que su construcción requiere de paciencia y tiempo.

Materiales

1 disco de vidrio de 12 centímetros de diámetro y 19 milímetros de grueso (para el espejo primario) $180

1disco de vidrio de 12 centímetros de diámetro y 10 milímetros de grueso (será la herramienta de vidrio que nos ayudara a pulir al espejo primario para darle la curvatura para que se cóncavo) $ 155

• Asegúrese que los vidrios no tengan burbujas mirándolos a contraluz

Abrasivos y esmeriles:

250 gramos del numero 80 35

100 gramos del numero 120 35

100 gramos del numero 220 45

100 gramos del numero 500 65

250 gramos de pulidor de vidrio 15

• Los tres primeros se consiguen en tlapalerías.

• El esmeril del numero 500 y el pulidor se consiguen en las casa distribuidoras de materiales para ópticas o en las ópticas.

Para hacer la herramienta pulidora:

200 gramos de brea 75

50 gramos de asfalto 15

Un recipiente grande para fundir el asfalto con la brea 200

• Ambos se consiguen en tlapalerías

Auxiliares:

1 cuchara

4 brochas pequeñas

4 frascos de vidrio pequeños con tapa

3 franelas

1 cuadro de madera de 30 X 30 centímetros y 3 centímetros de grueso

Extras (estos al final se utilizaran):

1 ocular o anteojo guía

• Se puede conseguir en tiendas especializadas en cámaras fotográficas

1 tubo de cartón (le recomiendo uno de pvc o de aluminio para mayor durabilidad)

1 Tripié de cámaras fotográficas (si no tiene uno puede hacer uno de madera asegúrese que sea resistente)

Agua

Tira de cartón de 2 cm

Procedimiento

Para construir adecuadamente un telescopio es importante fijar las etapas que están relacionadas con sus componentes: la óptica, el tubo y la montura. Es conveniente seguir este orden ya que, de acuerdo con las dimensiones finales de la óptica, habrá de construir el tubo y la montura. Se puede el diseño y construcción del tubo cuando el espejo primario este en la ultima etapa del esmerilado y se realice las pruebas de la óptica. Igualmente cuando se tenga terminado el tubo y se esté preparando la instalación de la óptica, se puede escoger el tipo de montura y comenzar su construcción.

Primera etapa: Preparación de la óptica. El esmerilado del espejo principal

En la construcción del telescopio, la preparación del espejo principal a través del esmerilado, pulido y realización de las pruebas ópticas, es la parte que mas tiempo le puede llevar. Esmerilar es, fundamentalmente pulir. En Las dos primeras dos etapas del proyecto consiste en construir una lente cóncava para el telescopio, a partir de un disco de vidrio que encont6rasteen una vidriería. En un proceso normal, trabajando cuatro horas semanales, pulir el lente es algo que te puede llevar de cuatro a cinco semanas. En este proyecto esta considerado entre cuatro y cinco mese para que lo hagas. Así que tan rápido tengas tu telescopio, depende del tiempo que dediques a esmerilar, pulir y probar el espejo principal.

Primer paso: Los materiales

Conseguir todos los materiales ya mencionados.

Segundo paso: esmerilado grueso

Para realizar el esmerilado grueso, primero se coloca la herramienta de vidrio sobre el cuadro de madera, sujetándola con cuatro pequeñas tiras de madera clavada a los lados de la herramienta.

• Ahora debe buscar un lugar adecuado de trabajo :

La recomendación es que se utilice un barril donde se colocara, al centro, la herramienta de vidrio sobre la tabla. También puede utilizar una mesa con altura adecuada de trabajo. El barril es ideal por que te permitirá girar a su alrededor, facilitándote el trabajo y permitiéndote que el pulido del espejo sea uniforme.

• Aplicación de esmeril:

Con una de las brochas pon un poco de esmeril más grueso del número 80 y agua sobre la herramienta de vidrio. Luego se coloca el vidrio del espejo sobre la herramienta tal como se muestra en la foto.

• Deberá realizar tres movimientos combinados del espejo que vamos a tallar sobre la herramienta:

a) Uno de los movimientos es el círculo, pasando el centro del espejo cerca de la orilla de la herramienta paro sin llegar a ella.

b) El segundo movimiento simultáneo es el giro del espejo sobre su propio eje.

c) El tercer movimiento que debe hacerse simultáneamente es el de un movimiento de rotación del vidrio herramienta a fin de que el desgaste también sea uniforme en la herramienta.

Con estos movimientos el espejo comenzara a presentar una curvatura en su superficie, comenzando por una pequeña curva en el centro, que se ira ampliando poco a poco hasta cubrir finalmente todo el espejo. Cada 20 o 25 vueltas circulares, la carga de abrasivos e desgasta y se debe cambiar; para hacerlo, debes levantar con cuidado la herramienta y lavarla en la cubeta junto el vidrio del espejo, escurriéndolos bien con el fin de que al agregar la siguiente medida esmeril, este no quede aguado.

Tercer paso: Medición de la distancia

Después de haber agregado durante veinte veces esmeril numero 80 y agua, es conveniente efectuar la primera prueba para evaluar la distancia focal, que es la distancia de intercesión de la luz, de nuestro espejo primario. La distancia focal debe medirse frecuentemente a fin de mantenerla dentro del valor deseado, que es alrededor de1.10 metros.

• Medición focal

Se efectúa de manera muy sencilla, enjuagando muy bien el espejo con agua y, mientras esta mojado, reflejando en el la luz del sol y proyectándola sobre una pare. La distancia del espejo a la luz reflejada sobre la pared debe variarse hasta que la mancha disminuya lo más posible. Entonces, la distancia del espejo a la pared es la distancia focal.

La distancia focal disminuye rápidamente si el movimiento circular del espejo sobré la herramienta tiene un diámetro grande casi del diámetro de la herramienta. Si el diámetro de este movimiento circular es pequeño, no será difícil obtener la distancia focal.

Ya que hallas logrado esmerilar toda la superficie del espejo y obtener la distancia focal correcta, se repite la operación de esmerilado con la herramienta colocada debajo pero ahora usando un grano de esmeril mas fino el numero 120. La única diferencia es que la amplitud del movimiento circular debe ser menor.

Cuarto paso: esmerilado mediano

Debemos hacer cargas de esmeril número 120 en la misma forma y trabajar unas 15 cargas con el movimiento circular de un cuarto de diámetro del espejo, con el fin de seguir curvándolo, pero menos de 3 centímetros de la superficie de la herramienta.

• Pruebas de distancia focal

Luego de hacer otra prueba con el sol, y la distancia focal ya esta entre 1.10 a 1.15 metros, se reduce el movimiento a un quinto de diámetro de la herramienta y se mide la distancia focal cada tres o cuatro cargas, ya que no conviene pasarse de la distancia deseada (1.10 metros). Se observara que, conforme nos acerquemos a dicha distancia, la imagen del sol reflejada se tornara mas clara en la pared y la medición será mas precisa.

Cuando la distancia focal sea entre 1.11 y 1.09 metros, se debe reducir el movimiento circular de tal manera que el espejo sobresalga no mas de 2 centímetros de la herramienta, y trabajar de la misma manera que lo hemos hecho durante las cuatro cargas mas hasta que el esmeril se desgaste y desaparezca.

Quinto paso: esmerilado fino

El esmeril numero 220 se aplica de la misma forma que los demás, y después de cada cinco cargas se puede comprobar nuevamente la distancia focal. A partir de este tipo de esmerilado, los movientes sobre la herramienta deben ser más suaves. La imagen del sol debe ser más nítida, y es más fácil de ser la medición mas precisa. Después de unas 20 cargas con esmeril, al observar la superficie del espejo deben verse poco residuos.

• Esmerilado numero 500

El momento para cambiar a este abrasivo lo marca cuando desaparecen los residuos del esmeril anterior, pará esto se tiene que utilizar una lupa y luz que incida sobre el espejo para observar la superficie y estar seguros que no existen residuos de material.

Con este esmeril se sigue el mismo proceso que con los anteriores: mantener la distancia focal, se tendrá ya una superficie muy tersa. Una vez concluido este proceso, el espejo se encuentra liso para empezar a pulirlo. Mientras tanto debe guardar el espejo y la herramienta en un lugar seguro envolviendo ambos espejos en dos franelas.

Segunda etapa: Preparación de la óptica. Pulido del espejo primario y pruebas del espejo primario.

Debe de realizar las pruebas de Ronchi, Foucault y Hartmann, ya cuando estas pruebas ópticas den el resultado final de su lente sea satisfactorio.

Primer paso: Fabricación de la herramienta pulidora

Para empezar corta el asfalto y la brea en pequeños pedazos y colocarlos dentro del recipiente para fundirlos en la estufa, hágalo a fuego lento. Esté contenido debe mezclarse muy bien (mézclalo con un trozo de madera o una pala)

Simultáneamente con el calentamiento de la brea, deben calentarse en agua tibia (50°C), el espejo primario y la herramienta, para que no se quiebren por expansión térmica en el siguiente proceso.

Una vez fundido el contenido del recipiente, seca la herramienta, y con una tira de 2 centímetros se forma una banda de alrededor que sobresalga de la herramienta un centímetro. Después, se vierte poco a poco la mezcla caliente de brea y asfalto sobre el centro de la herramienta, hasta que llegue casi hasta que la mezcla se enfrié lo suficiente para adquirir una consistencia similar a la plastilina. En el momento que suceda esto quita la banda de cartón y ponga agua jabonosa sobre la mezcla. En seguida, se coloca el espejo sobre la herramienta con la cara curvada hacia la mezcla, y se presiona con algo de fuerza moviendo al mismo tiempo el espejo en pequeños círculo, hasta que la herramienta se ajuste al espejo.

Ahora quita el espejo y con una navaja abra canales en la mezcla para formar cuadros de centímetros de lado. Tenga precaución de que ningún canal pase por el centro de la herramienta, porque se podría romper. Al terminar se lava muy bien la herramienta, se pone de nuevo agua jabonosa sobre ella, y se vuelve a moldear con el espejo.

Segundo paso: Pulido del espejo primario

Para iniciar, se necesita mezclar en un frasco un puño de pulidor con agua y después se aplica sobre la herramienta con brocha limpia. El proceso de pulido se efectúa de igual manera que los esmeriles finos, con movimientos de pequeña amplitud, combinados con los movimientos de rotación del espejo y de la herramienta.

En los primeros 30 minutos de pulido ya que puedes observarse una zona central brillante en la que refleja muy claramente la luz. El tiempo de total de pulido dura varias horas, según la presión y velocidad que se ejerza. Esta etapa terminara cuando ya no se vean zonas semipulidas al observar el espejo con una lupa bajo la luz directa del sol.

Cuando el pulido este avanzado lo suficiente pude hacer la primera observación.

• Noche de luna

Escoge una noche que la luna tenga muy buen resplendor .

Realice esta observacion situando el espejo de forma horizontal el espejo debe estar en el suelo sobre una tabla cubierta con un paño negro, y busquen el reflejo de la luna en el espejo, moviendo la cabezahasta encontrarlo.si el espejo tiene 1.10 metros de distanciafocal, se puede situar su cabezaa unos 25 centimetros mas arriba y vera la imagen de la luna amplificada cuatro veces.

Tercera etapa:Preparacion de la optica.Espejosecundario, ocular y anteojo guia

El espejo secundario desvía 90 grados el haz de luz proveniente del espejo primario, pará sacarlo perpendicularmente del tubo del telescopio. Como este espejo debe ser plano, su espesor no deberá ser menor de 6 milímetros. Si puede conseguir cristal "flotado" es probable que su superficie plana sea suficientemente plana, se podría cortar este espejo en forma de elipse de 2X2.8 centímetros, es recomendado que recurra a cortar en una vidriería o cristalería.

• Plantear espejo secundario

Este procedimiento esta basado en nitrato de plata. Los fabricantes de espejos lo usan y si les lleva el suyo ya muy limpio, se lo podrán recubrir.

Ocular

Debe conseguir un ocular o anteojo guía (mira), el cual va por fuera del tubo del telescopio. Esto lo puede conseguir en las tiendas especializadas en cámara fotográficas.

Cuarta etapa: El tubo y la montura

Para hacer el tubo se puede hacer de diferentes formas, eso ya depende de como quiera el acabado, y calidad que valla a elegir. El mas barato es uno de cartón, pero uno de mayor calidad es uno de PVC o de aluminio.

Este debe tener un diámetro interior mayor en 2 o 3 centímetros, que el espejo primario, y una longitud 5%más grande que la distancia focal. Entonces el espejo primario es de 12 centímetros de diámetro y 110 de distancia focal, se puede utilizar un tubo de 15 centímetros de diámetro y de 1.20 metros de longitud. Los soportes del espejo principal y del secundario, deben situarse diagonalmente, se puede hacer de distintas maneras, según su creatividad.

• Soporte

Si tiene un tripié para cámara fotográfica lo puede utilizarlo si no lo podría construir con tablas de madera.

Quinta etapa: Armado del telescopio

Por ultimo arma tu telescopio con todas las partes que obtuviste.

Resultados

La construcción es larga en tiempo pero vale la pena ya que se observa perfectamente el espacio. Ya que es una maravilla estar en el campo y ver el cielo estrellado en una noche sin luna .y en una noche a así es posible ver la vía láctea

Conclusiones

La satisfacción de ya poder ver la vial actea es incomparable además que es interesante crear tu propio telescopio newtoniano y aprendió las diferentes exámenes o pruebas ópticas que pasan las lentes de un telescopio .es más conveniente comprar un telescopio la diferencia de costo varia de poco ya que el telescopio cuesta $1,200 mas gastos de en vio seria $1,600 pesos.

Tabla comparativa de costos de los materiales y el total:

Referencias

Sergio de Regules Ruiz-Funes, Él Famoso disco de Newton recuperado el 18 de noviembre del 2012,http://redescolar.ilce.edu.mx/redescolar/act_permanentes/conciencia/fisica/newton/nw9.htm

Telescopio reflector, recuperado el 18 de noviembre del 2012 http://es.wikipedia.org/wiki/telescopio_reflector

Recuperado el 12 de enero del 2013, http://www.astrosurf.com/astronosur/telescopios.htm

Recuperado el 13 de enero de 2013, http://almaak.tripod.com/asasac/telescopio.htm

Recuperado el 13 de enero de 2013, http://articulo.mercadolibre.com.mx/MLM-414569380-telescopio-quasar-q200-advanced-8-pulg-parabolico-newtoniano-_JM

Autor:

Linda Anahi Montoya Moreno