Изготовление любительского телескопа

Молодежный инновационный форум Приволжского федерального округа
Конкурс научно-технического творчества молодежи (НТТМ)
Интернет-сайт: http://ify.ulstu.ru. Ульяновск, 2011 год
УДК
Изготовление любительского телескопа-рефрактора
ГНУ Башкирский НИИ Сельского Хозяйства
МОУ ДОД «Козловский ЦДТ» при МОУ «Козловская СОШ№2»
Козловского района Чувашской Республики
Автор проекта: Шувалов Игорь Андреевич, учащийся 9-а класса,
член кружка «Юный физик»
Научный руководитель: Чернова Луиза Мефодьевна, учитель физики,
руководитель кружка «Юный физик»
Актуальность учебно-исследовательского проекта
Первый телескоп был построен в 1609 году итальянским
астрономом Галилео Галилеем 400 лет назад. Он позволил сделать целую
серию замечательных открытий (фазы Венеры, горы на Луне, спутники
Юпитера, пятна на Солнце, звезды в Млечном Пути).
Галилео Галилей был первым человеком, который на основе
наблюдений мог себе представить, как велик мир.
Для проведения астрономических наблюдений мы тоже на занятиях
кружка «Юный физик» решили изготовить самодельный любительский
телескоп.
При этом перед нами возникли следующие задачи:
Образовательные:
1. Знакомство с историей использования первых телескопов;
2. Знакомство с инструкцией и чертежами по изготовлению
самодельного любительского телескопа.
Технологические:
1. Подготовка чертежа для сборки любительского телескопа;
2.Выбор линз и приобретение линз для изготовления объектива
и окуляра; выполнение экспериментальных работ по определению
фокусного расстояния линзы-окуляра;
3.Подготовка материала для изготовления труб объектива
и окуляра.
Развивающие:
Развитие интеллекта и самостоятельности в приобретении знаний
и навыков практической экспериментальной и конструкторской работы
для конструирования и сборки самодельного телескопа-рефрактора.
Цель работы и ее значение:
 любительский
телескоп
должен
быть
пригодным
для проведения наблюдений поверхности Луны, спутников
Юпитера, ближайшей галактики-Туманности Андромеды
и звезд Млечного пути;
 астрономический прибор должен быть недорогим, прочным
и несложным в изготовлении.
Молодежный инновационный форум Приволжского федерального округа
Конкурс научно-технического творчества молодежи (НТТМ)
Интернет-сайт: http://ify.ulstu.ru. Ульяновск, 2011 год
Астрономические телескопы-рефракторы
Назначение телескопа  собрать как можно больше света
от источника. Телескоп может наблюдать более слабые объекты.
Назначение телескопа – уменьшить угол, под которым можно различить
два объекта.
Человеческий глаз может различить две точки раздельно,
если они расположены на угловом расстоянии α не менее 1 угловой
минуты. Для астрономии это очень большой угол: внутри этого угла могут
располагаться много объектов, которые глаз не сможет выделить.
В астрономии используются два типа телескопов:
1. Рефракторы, которые используют преломление света
с помощью линз для собирания света в фокусе. Первый такой
рефрактор использовал Галилей.
2. Рефлекторы,
которые
используют
отражение
света
для собирания света в фокусе. Первый такой рефлектор
был создан Ньютоном.
В рефракторах используется явление преломления света
при прохождении его через границу двух сред, имеющих разные индексы
преломления n.
Мы будем конструировать телескоп-рефрактор.
Технология изготовления телескопа-рефрактора
Как построить самодельный телескоп-рефрактор?
1. Если Галилео Галилей 400 лет назад построил свой первый
телескоп, дающий увеличение в 30 раз, то сможем ли мы сами изготовить
самодельный телескоп-рефрактор?
2.В течение двух месяцев мы знакомились с рекомендациями
астрономов-любителей и конструкторов по изготовлению простейших
телескопов, дающих увеличение 20-50 раз. (Г.Мамаев, С.В. Булдаков,
Л. Л. Сикорук,
М.С.
Навашин,
Е.Левитан,
А.Подъяпольский,
А.Г. Зенькович); готовили необходимое оборудование для его сборки.
Часть первая. ТРУБА ТЕЛЕСКОПА.
Рис.1. Так преломляются лучи света в телескопе-рефракторе, давая увеличенное
изображение
Молодежный инновационный форум Приволжского федерального округа
Конкурс научно-технического творчества молодежи (НТТМ)
Интернет-сайт: http://ify.ulstu.ru. Ульяновск, 2011 год
3.Оптический телескоп, который мы будем строить, представляет
собой две положительные (собирающие) линзы, первая из которых
называется объективом, а вторая окуляром.
Объектив собирает лучи в некую точку, называемую фокусом,
а окуляр позволяет рассмотреть изображение в этой точке.
Подобная система называется системой Кеплера, (другой является
система Галилея, где в качестве окуляра использовалась отрицательная
(рассеивающая) линза. У системы Галилея изображение прямое,
но маленькое поле зрения, а у этой системы большое поле зрения,
но изображение перевернутое. Схематично представить систему
телескопа можно так (рис.2).
Рис. 2. Система телескопа
Рассчитать увеличение телескопа можно разделив фокусное
расстояние объектива на фокусное расстояние окуляра. (Г= F : f)
Технологическая последовательность
Конструируем любительский телескоп!
Рис.3 Схема для сборки нашего телескопа
Параметры (технические характеристики) модели:
Объектив  стандартная очковая линза диаметром D=60 мм;
фокусное расстояние F=1000 мм; (оптическая сила 1 дптр)
Труба объектива длиной L=1015 мм (сантехническая пластиковая
труба диаметром 50 мм)
Трубка окуляра длиной l=130 мм (свернутый картон)
Молодежный инновационный форум Приволжского федерального округа
Конкурс научно-технического творчества молодежи (НТТМ)
Интернет-сайт: http://ify.ulstu.ru. Ульяновск, 2011 год
Окуляр  собирающая линза диаметром d=17 мм; фокусное
расстояние f=25 мм
Диафрагма объектива из картона
Увеличение телескопа Г=40раз; Г= F : f=1000мм:25 мм=40 раз;
Для изготовления несложного, но вполне работоспособного
телескопа, в магазине мы приобрели сантехническую пластиковую трубу
диаметром 50 мм, ватман, черную тушь, изоленту, клей «Момент». Для
изготовления объектива в аптеке купили стандартную очковую линзу
с оптической силой +1 диоптрия с диаметром линзы 60 мм и фокусным
расстоянием 1000 мм. В качестве окуляра использовали собирающую
линзу с фокусным расстоянием 25 мм из школьного комплекта набора
линз.
По нашим расчетам конструируемый телескоп будет давать
40 кратное увеличение:
Г= F : f=1000мм:25 мм=40 раз.
Г-увеличение;
F-фокусное расстояние объектива;
f-фокусное расстояние окуляра.
Фокусное расстояние линзы определяем так: направим на нее свет
от удаленного источника, например солнечный луч от окна,
и на противоположной стене получаем резкое уменьшенное изображение
окна, где солнечные лучи соберутся в фокус. Измеряем расстояние
от линзы до изображения на стене- это будет фокусное расстояние данной
собирающей линзы. Расстояние от линзы до фокуса называется фокусным
расстоянием данной линзы (f).
Сначала рассчитаем примерную длину нашего телескопа.
Она должна быть равна сумме фокусных расстояний собирающих линз:
F+ f=10025 мм.
Изготавливаем большую трубу
Мы отрезали трубку длиной L=1015 мм. Внутреннюю часть трубки
обклеили листом ватмана, предварительно покрасив черной тушью
и высушив. В противном случае лучи, попавшие в трубу не от объекта
наблюдения, многократно переотразившись, попадут в линзу окуляра
и завуалируют изображение.
В нашем случае наружный диаметр трубы объектива меньше
диаметра линзы-объектива на 10 мм. Поэтому для закрепления объектива
используем картонный рулончик от скотча, нарежем из картона полосок
шириной 15 мм и, используя клей "Момент" намотаем их в виде кольца
на внутреннюю часть картонной трубки сначала снизу. Из того же картона
вырежем круг диаметром равным диаметру линзы. В центре вырежем
отверстие диаметром 30-35 мм. Теперь окрасим изделие – это диафрагма,
служащая для того, чтобы ограничить диаметр линзы т. к. у линзы
различные абберации и поэтому делать диаметр больше, чем 35 только
во вред. Линзу объектива в +1 диоптрию закрепим в картонной трубке
с помощью двух картонных ободков с бумажными зубчиками,
предварительно положив на линзу диафрагму и закрепив с помощью клея.
Молодежный инновационный форум Приволжского федерального округа
Конкурс научно-технического творчества молодежи (НТТМ)
Интернет-сайт: http://ify.ulstu.ru. Ульяновск, 2011 год
Изготавливаем трубку окуляра. С этой целью используем школьный
пластиковый пенал цилиндрической формы длиной 130 мм,
предварительно отрезав его концы. Наша линза окуляра меньше диаметра
трубки окуляра. Свернув трубку с внутренним диаметром равным
диаметру линзы и зафиксировав линзу, так же как и в случае с
закреплением линзы объектива, зажав с двух сторон кольцами из картона.
После эту деталь вставляем в меньшую трубу (она должна плотно
входить.
Затем толщину меньшей трубы подбираем таким образом, чтобы
она с небольшим трением входила в трубу объектива. Вторая труба
с линзой окуляра 2 должна с небольшим усилием, но достаточно свободно
передвигаться в первой. Объектив и окуляр должны быть на одной
(оптической) оси. Поэтому никакой болтанки колен трубы относительно
друг друга не должно быть. Внутреннюю поверхность трубок оклеиваем
черной бумагой. Далее соединяем две трубы — и телескоп готов!
Направляем объектив нашего телескопа на удаленный предмет,
например, удаленный дом и лес, приближая или удаляя объектив и окуляр
между собой и относительно глаза добиваемся резкого изображения.
Изображение
будет
выглядеть
перевернутым;
это
неважно
при рассматривании астрономических объектов, но не очень удобно
при наблюдениях объектов на местности.
Перспективы проекта
Любительский телескоп-рефрактор дает увеличение в 40 раз,
первый телескоп Галилео обладал 30 кратным увеличением.
Данный телескоп позволяет проводить простейшие астрономические
наблюдения за небесными телами: Луной, Юпитером и их спутниками,
ближайшими галактиками и звездными скоплениями. Себестоимость
нашего прибора составляет 358 руб. Нами изготовленный любительский
телескоп достаточно легок и прочен, его конструкция простая
и соответствует своему назначению. Качество прибора достаточно
высокое.
Рис. 4. Внешний вид самодельного телескопа
Молодежный инновационный форум Приволжского федерального округа
Конкурс научно-технического творчества молодежи (НТТМ)
Интернет-сайт: http://ify.ulstu.ru. Ульяновск, 2011 год
Список литературы
1. Г.Мамаев. После уроков. Опыты, самоделки, задачи по астрономии, физике
и математике.Самодельный телескоп.
2. Булдаков Сергей Вячеславович astro@ktk.ru. Астрономическая оптика.
Как построить телескоп-рефрактор малой апертуры из подручных средств.
3. Л. Л. Сикорук "Телескопы для любителей",
4. М. С. Навашин "Телескоп астронома-любителя"
5. Е. Левитан, А. Подъяпольский. Самодельный телескоп.
6. Зенькович Александр Генрихович. Самодельный телескоп любителя.
7. Amodeus Простой телескоп-рефрактор своими руками vBulletin® v3.7.2,
Copyright ©2000-2009, Jelsoft Enterprises Ltd.
8. Владимир Карташов,канд. физ.-мат. н., ЧГПУ, г. Челябинск. Одержимость
идеей. Трудный путь к истине Галилео Галилея.
10. Сахибуллин Н.А. Курс лекций по астрофизике. Казанский университет.
11. Е.П.Левитан.Астрономия.Учебник для общеобразовательных учреждений.
12. Энциклопедия юного астронома.
13. Электронные пособия и учебники