Гелиостат
Гелиостат — прибор, способный поворачивать зеркало так, чтобы направлять солнечные лучи постоянно в одном направлении, несмотря на видимое суточное движение Солнца. Гелиостаты использовались в солнечных телескопах, но были вытеснены более простым целостатом.
Усовершенствованный прибор, использующийся для наблюдения за другими небесными светилами, помимо солнца, назывался сидеростат (лат. sideris — родительный падеж от лат. sidus — «небесное светило, звезда» и др.-греч. στατός — «стоячий, неподвижный»). Простейшие сидеростаты применялись уже в XVII веке. С XVIII века для вращения зеркала использовался часовой механизм.[1]
Принцип работы
Для многих опытов по оптике в прошлом необходимо было пропускать пучок лучей солнечного света, отраженный от зеркала, через ряд приборов, тщательно установленных один за другим на горизонтальном столе или скамейке. Но
В дни весеннего и осеннего равноденствия круг этот совпадает с небесным экватором ВВ', вследствие чего конус, описываемый лучом, обращается в плоскость. Напротив того, летом и зимой, во время солнцестояний, круги эти АА' и СС' будут наименьшими, а конусы, описываемые лучами, наиболее острыми. Сообразно такому движению солнечного луча во время суточного движения этого светила, устраивали «гелиостаты» — приборы, в которых часовой механизм так поворачивает зеркало, что отраженный от него луч долгое время сохраняет полученное им первоначальное направление.
История и разновидности гелиостата
Первый гелиостат был устроен, по Поггендорфу, в середине XVII столетия членом флорентийской академии «del Cimento» Борелли, по поводу опытов над скоростью распространения света, предпринятых этой академией.
Самый простой по идее гелиостат был устроен Фаренгейтом в первой четверти XVIII столетия. В нём часовой механизм поворачивал зеркало около оси, установленной параллельно оси мира, со скоростью одного оборота в сутки. Если зеркало так наклонено к оси вращения, что луч солнца отражался параллельно этой оси, когда гелиостат пущен в ход, то очевидно, что и в течение целого дня это направление отраженного луча останется неизменным, хотя в другие дни, когда склонение солнца значительно изменится, потребуется уже другой угол наклона зеркала к оси. Этот гелиостат оказывался неудобен, потому что луч, направленный снизу вверх, вдоль оси мира, надо было приводить в горизонтальное направление посредством второго отражения, сопровождаемого новой потерей света. Конструкция гелиостата Фаренгейта была усовершенствована Фраунгофером, а около 1860 года Монкговен устроил свой большой гелиостат для фотографических увеличений на том же принципе, причём он располагал свои приборы наклонно, чтобы обойтись без вторичного отражения.
Вторым по простоте устройства надо считать гелиостат
В другие дни Солнце будет описывать на небесной сфере малые круги, а падающий луч будет оставаться на поверхности конуса, имеющего основанием один из этих кругов, а вершину в центре небесной сферы. Луч, отраженный от неподвижного зеркала, параллельного оси мира, будет описывать точно такой же конус, но расположенный симметрично по другую сторону плоскости экватора. Так, в день солнцестояния отраженный луч этот опишет тот конус, который падающий луч описывает при зимнем солнцестоянии, и обратно. Для каждого дня будут два направления, в которых отраженный луч горизонтален; они будут направлены к точкам захода и восхода Солнца в день, настолько же отстоящий от зимнего солнцестояния, насколько день наблюдения отстоит от летнего. И здесь отраженный луч будет иметь постоянное направление, если зеркало вращается равномерно со скоростью полуоборота в 24 часа; доказать это можно на основании полной симметричности пути луча относительно плоскости экватора. Очевидно, что гелиостат Литрова тоже довольно неудобен, потому что нельзя произвольно выбрать направление горизонтального луча; зато механизм его нетрудно хорошо исполнить и он может давать очень плавное движение.
Из многих гелиостатах, позволяющих получать пучок солнечных лучей, отраженных по любому горизонтальному или наклонному направлению, практичными оказались только приборы Зильбермана и Фуко. Когда направление отраженного луча дано, достаточно направлять перпендикуляр к плоскости зеркала так, чтобы он постоянно делил пополам угол между этим направлением и падающим лучом, и задача гелиостата будет решена. Но так как диагональ ромба делит пополам углы, через которые она проведена, при всяком наклоне сторон, то этим можно воспользоваться для гелиостата, как это и сделал Зильберман. Зеркало тт (см. рисунок 3) его прибора составляет одно целое с нормальной к его плоскости диагональю μf суставчатого четырёхугольника αμef, которого сторона αμ направлена параллельно падающему лучу soc, а сторона μe — отраженному оR.
Часовой механизм, помещенный в коробке H, вращает всю дугу cs вокруг оси F, параллельной оси шара, а рамки, поддерживающие зеркало, вращаются около осей Со и or; поэтому
Часовой механизм коробки B вращает около оси, устанавливаемой параллельно оси мира, стержень AOC, который можно направить параллельно лучам солнца с помощью дуги f, циферблата и визира, устроенных как в гелиостате Зильбермана: само зеркало снабжено «хвостом» ЕС, направленным нормально к его плоскости. Хвост этот составляет одно целое с кружком, вращающимся около горизонтальной оси относительно вилки, которая, в свою очередь, вращается свободно около вертикальной оси Н. Таким образом, зеркало может поворачиваться около точки Е во все стороны; сверх того, оно вращается ещё в своей плоскости относительно кружка и хвоста. Центр О дуги f должен быть расположен на одной вертикальной с центром круга KL, a длина OE должна быть аккуратно равна расстоянию ОС. В таком случае треугольник ОСЕ будет оставаться равнобедренным во все время движения часового механизма и при всех возможных положениях основания зеркала на круге KL; поэтому угол падения SEN будет оставаться равным углу отражения NER и отраженный луч ER не изменит своего начального положения. Пластинка с разрезом, охватывающая конец А стержня СОА и прикрепленная к зеркалу, имеет целью направлять наибольшую длину этого последнего параллельно плоскости отражения лучей, чтобы сохранить достаточную ширину отраженного пучка света. На широте
См. также
Примечания
- ↑ Сидеростат // Большая советская энциклопедия (третье издание)
Ссылки
- Гелиостат // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.