O texto abaixo foi extraido (escaneado) de uma revista publicada por volta do início da década de 1970 (a revista saiu de circulação no número 3). Era uma revista muito simples que pretendia divulgar a ciência e práticas manuais (parecida com a Mecânica Popular, porém bem mais modesta). Eu e meu pai resolvemos fazer o espelho parabólico seguindo os passos abaixo com algumas modificações e adaptações que estão grifadas em azul. O nosso objetivo era contruir um espelho de 150 mm de diâmetro com distância focal de cerca de 1,0 metro mas devido a nossa inexperiência o espelho ficou com foco de 1,8 metros o que dificultou muito a sua montagem. Quando terminamos de polir levamos o espelho à uma ótica e o técnico que aferiu a curvatura ficou muito espantado quando dissemos que o haviamos feito à mão. Tivemos problemas com o espelhamento. Primeiro tentamos fazê-lo em casa, conforme a receita abaixo mas desistimos e mandamos espelhar numa casa que fabricava espelhos comuns de uso doméstico. Sem a devida proteção, o espelho oxidou em poucos meses. Mas no curto período de vida pude observar a Lua ( o objeto celeste mais fácil de localizar :) com grande nitidez. Ainda guardo o espelho, agora sem a sua camada espelhada, como recordação.

Iniciando a Construção

Nossos planos referem-se a construção de um telescópio com espelho de seis polegadas de diâmetro e distância focal de aproximadamente cinqüenta polegadas sendo o restante constituído pela ocular e um suporte rígido que, além de facilitar a colocação dos componentes em lugar certo, permitirá a articulação do conjunto de modo a seguir a trajetória das estrelas ou quaisquer objetos sendo visados. Com espelhos acima de seis polegadas, as dificuldades de construção crescem fora de proporção com o ganho de tamanho. Deste modo, para principiantes, o mais certo é contentar-se, pelo menos no começo, com um telescópio de seis polegadas que, diga-se de passagem, já proporciona esplendidos resultados.

Material e Ferramentas

Todos ficarão admirados com a lista de material e ferramentas necessárias para a construção do telescópio - especialmente no que se refere ao fabrico do espelho. O que será gasto em maior quantidade é - não se espantem - "graxa para cotovelo", misturada com razoáveis quantidades de paciência e perseverança.

Em primeiro lugar, arranje dois discos de vidro de seis polegadas de diâmetro e uma polegada de espessura. Um destes discos pode ter somente dois centímetros de espessura, e será utilizado como "ferramenta" na formação do espelho, o qual virá do outro disco. Umas cem gramas de Carborundum dos seguintes graus: 80, 120, 280, 400 e 600, assim como igual quantidade de esmeril 6F. Este material será utilizado na formação do espelho. Para o polimento do espelho, um pouco de Rouge de joalheiro em alguns do mais fino grau. E ainda umas quinhentas gramas de piche vegetal, terebentina e alguns pacotes de algodão absorvente.

Para facilidade na aplicação do Carborundum no espelho, coloque cada grau em um saleiro diferente. Mas, não esqueça, empregue todo cuidado afim de evitar mistura de abrasivos de grau diferente. UM ÚNICO GRÃO DE CARBORUNDUM DE GRAU SUPERIOR AQUELE USADO NUMA ETAPA DE POLIMENTO PODE ESTRAGAR SERVIÇO DE HORAS E HORAS, PRODUZINDO RISCAS QUE INUTILIZARÃO TEMPORARIAMENTE TODO O TRABALHO!

Portanto, todo cuidado com os diferentes graus de Carborundum. O local de trabalho deve estar o mais limpo possível. A superfície de trabalho deve ser absolutamente estável. Um canto de qualquer mesa pesada servirá. Como o operador deve mover-se em redor do espelho, um barril pesado com tampa solida constitui o local de trabalho ideal. Procure pois obter um velho barril, de madeira ou metal, limpe-o perfeitamente, pelo menos na parte superior, e mãos a obra.

Iniciando o Fabrico do Espelho

A fabricação do espelho divide-se em duas etapas: esmerilamento e polimento. Na primeira, produzimos, por meio de Carborundum grosso, através da aplicação de graus cada vez maiores, a concavidade do espelho. Na segunda etapa, polimento utilizamos o Rouge, de modo a dar ao espelho superfície absolutamente regular, e de forma parabólica. Afim de executar estas duas etapas a contento, e necessário conhecer perfeitamente as operações e os movimentos envolvidos. O principiante deve verificar todo seu equipamento, estudar a teoria dos três movimentos da fabricação de espelhos (nos quais são usados ate mesmo pelos grandes fabricantes) e imediatamente colocar esta teoria em prática. Este processo não somente contribuirá para melhor compreensão e apreciação do trabalho, mas também encurtará as horas de trabalho necessário a produção de um espelho do qual se pode estar orgulhoso.

Um dos discos de vidro tornar-se-á o espelho, o outro sendo usado como "ferramenta" na fabricação daquele. De agora em diante, vamos nos referir a este disco de vidro sempre por ferramenta, aquele por espelho.

A ferramenta deve ser fixada a superfície de trabalho por meio de três presilhas de madeira, como na fig. 2. de modo que não possa se mover. A aplicação, durante alguns minutos, de uma pedra Carborundum molhada a borda superior da ferramenta e a face do espelho afastara o perigo de estilhaçamento dos discos de vidro durante as operações sucessivas.

Aquecendo o Espelho

Agora, aqueça o espelho gradualmente em água até que se torne difícil mantê-lo nas mãos, esfregue um pouco de terebentina na face superior e despeje bastante piche derretido de modo que um cabo constituído por uma peça de madeira de forma confortável possa ser colada ao vidro firmemente, como na fig. 2. [N.R.: eu usei uma ventosa grande como cabo do espelho]

Já estamos prontos para iniciar o esmerilamento.

Verifique se tudo esta limpo, coloque os recipientes de Carborundum a boa distância, de modo a evitar misturas, e estude as figuras 3, 4 e 5.

O operador movimenta o espelho para traz e para diante, como em 1 e 2, na figura 3. Ao executar o movimento 2, o centro do espelho deve ser levado quase a borda da ferramenta, sem atingi-la. Ao mesmo tempo, deve-se efetuar a rotação do espelho em redor de seu próprio eixo, por movimento dos pulsos. como se vê em 3, figura 3. [N.R.: usei uma tira de lata formando um anel círcular com diâmetro tal que limitava o curso do centro espelho até a borda da ferramenta.]

A Técnica do Esmerilamento

O terceiro movimento e produzido pela rotação do operador em redor do trabalho, enquanto suas mãos efetuam os dois movimentos anteriores. É o que nos mostram as flechas 1. na fig. 3. Conclui-se imediatamente, dai, a facilidade que nos oferece um velho barril sendo como superfície de trabalho. O operador está esmerilando o espelho movendo-o para frente e para traz sobre a ferramenta (disco central), como nas fechas 2 e 2; ao mesmo tempo ele vai revolvendo o espelho em redor do eixo deste, aos poucos, como em 3 e 3, deslocando-se ao redor do trabalho, lentamente, como em 1. Evidentemente, os movimentos 1 e 3 devem ser feitos ora numa ora noutra direção, para evitar defeitos que podem aparecer em conseqüência de uma posição viciosa adquirida pelo corpo ou pelos braços, ou mesmo pelas mãos. Quem estiver trabalhando em redor de um canto de mesa, deslocar-se-á três quartos de círculo e voltará na direção oposta, e assim por diante. Seguindo-se as instruções dadas acima, a ferramenta e o espelho gastar-se-ão na mesma proporção em relação um ao outro. O espelho gastar-se-á de modo a adquirir forma côncava, e a ferramenta tornar-se-á convexa - e a forma côncava é básica para a construção de nosso telescópio.

Início do Esmerilamento

Podemos iniciar o esmerilamento do espelho. Molhamos a superfície da ferramenta com água e espalhamos sobre ela um pouco do Carborundum mais grosso: 80. (é conveniente numerar os diversos recipientes. pois a distinção a olho nu não é muito exata . . . ) , colocamos o espelho sobre a ferramenta, e começamos o esmerilamento. Após algum tempo, pelo som emitido e pela mudança da resistência oposta ao movimento do espelho sobre a ferramenta, podemos dizer quando o Carborundum cessou de cortar. Colocamos então mais um pouco de Carborundum e continuamos a trabalhar. Nossa finalidade e construir um espelho esférico com 50 polegadas de distância focal, e tal refletor deve ter raio de curvatura de 100 polegadas. Para verificar se o espelho já atingiu este ponto, podemos cortar um segmento circular de papelão, madeira ou metal, cuja corda seja pouco maior que 6 polegadas e cujo raio de curvatura tenha l00 polegadas. Aplicando-o sobre a superfície do espelho, podemos fazer uma avaliação precária do estado da construção. Porém, e preferível utilizar o processo ótico multo mais exato, e que descrevemos mais adiante. Se o espelho apresentar tendência a aderir na ferramenta durante o esmerilamento, o que se verifica pelo repentino aumento de resistência oposta ao movimento, pare imediatamente e coloque algumas gotas de água. Pela aplicação do molde acompanharemos o desenvolvimento da superfície côncava. Quando esta tiver atingido aproximadamente a curvatura certa, devemos lavar o espelho. de modo a fazer desaparecer qualquer vestígio, qualquer grão do Carborundum usado. Limpa-se a superfície de trabalho, as proximidades, as mãos e as unhas! Nesta etapa, bem como em todas as consecutivas, a absoluta necessidade de limpeza completa deve ser imperiosamente obedecida - pelo menos por aqueles que realmente pretendem construir um telescópio.

A etapa de esmerilamento seguinte deve ser efetuada com Carborundum 120. Esta operação deve ser levada a efeito até que toda e qualquer marca de antecedente tenha desaparecido completamente. Continue a trabalhar com Carborundum 120 até que uma boa coincidência do espelho com a lâmina do molde seja obtida - pois os graus sucessivos de Carborundum pouco alterarão a curvatura da superfície.

Se a curvatura do espelho tiver ultrapassado consideravelmente o ponto certo, pode-se corrigi-la por dois processos: ou diminuindo a amplitude do movimento 2, fig. 3, ou fixando o espelho na superfície de trabalho e trabalhando sobre este com a ferramenta, isto é, invertendo ferramenta e espelho.

Quando a curvatura própria tiver sido atingida, limpe tudo novamente, e inicie a aplicação sucessiva dos diferentes graus de Carborundum, iniciando pelo n. 280. E convém repetir entre cada duas etapas consecutivas, em que há mudança do Carborundum, limpe, limpe tudo, limpe perfeitamente, inteiramente. A inobservância deste talvez trarão lágrimas a seus olhos. Por princípio poderá atrair conseqüências que tanto, limpe, limpe, limpe!

Em geral, em cada etapa renova-se o Carborundum seis vezes, durando a operação até o esgotamento total do abrasivo entre 5 ou 6 minutos. Quando tivermos atingido a etapa do esmeril 6F, deve ser possível ler, através do espelho, textos como o desta revista.

Durante os estágios de esmerilamento fino é necessário empregar um processo acurado para testar a curvatura do espelho. O molde de papelão ou metal não terá mais serventia. Não obstante convém guardá-lo.

Realizando Testes Mais Acurados

Sobre a superfície do espelho, com lápis, risque dois ou três diâmetros. Coloque o espelho sobre a ferramenta e dê-lhe um pequeno giro. Se o espelho e a ferramenta estiverem realmente esféricos, perfeitamente esféricos, o grafite das riscas vai se distribuir igual e simultaneamente sobre a superfície do espelho. Se a superfície estiver irregular, as áreas mais altas ou mais baixas, e que podem ser pesquisadas dando-se ao espelho um giro completo, serão eliminadas mudando-se o movimento do espelho sobre a ferramenta como foi anteriormente explicado.

Após o termino do estágio de esmerilamento, o espelho estará pronto para o polimento.

Polimento

Novamente efetue a limpeza do local - o mais perfeitamente possível. É boa medida transferir os trabalhos do polimento para outra parte de sua casa, evitando possível contaminação com os abrasivos anteriores. Isto é importante!

Coloque o espelho e a ferramenta em uma panela com água e gradualmente aqueça até 50 graus Centígrados. Ao mesmo tempo, derreta o piche vegetal numa panela ou lata velha - que vai ficar imprestável - evitando que chegue a ferver. Derrame um pouco de piche em um pedaço de madeira e deixe-o esfriar. Se você puder então vincá-lo com a unha, estará na consistência própria; se estiver muito mole, continue a esquentá-lo até que algumas de suas frações de baixa temperatura tenham evaporado e experimente; se estiver multo duro, misture algumas gotas de terebintina, removendo-o da proximidade do fogo enquanto estiver efetuando esta operação! Quando o piche tiver atingido a consistência própria e tendo anteriormente preparado um anel de papelão cuja altura exceda a da borda exterior da ferramenta de aproximadamente um centímetro e que a envolva completamente, retira-se a ferramenta da água, prende-se na superfície de trabalho por meio das presilhas, tendo antes adaptado o anel de papelão, e despeja-se o piche sobre a superfície da ferramenta. O anel de papelão agirá como dique, impedindo o escoamento do piche para fora da ferramenta.

Tendo-se misturado Rouge com um pouco de água, ate tomar consistência cremosa, retira-se o espelho da água quente, pinta-se sua superfície côncava com o Rouge e coloca-se-o firmemente horizontal. Faz-se, então, pressão sobre o espelho, de modo que o piche se adapte perfeitamente à superfície côncava - o que pode ser observado através da face superior do espelho - e deixa-se o conjunto descansar, nesta conformação, durante uma noite. Na manha seguinte, quando você for retirar o espelho, levará um susto. Este terá aderido ao piche, o qual adquiriu exatamente a forma da face côncava. Prepare um pouco de água com sabão e passe nas bordas até que esta penetre entre o espelho e o piche. Então, empurre o espelho delicadamente, e ele começará a escorregar sobre o piche. Após retirá-lo, coloque-o novamente em água morna.

Vamos agora preparar a superfície do piche para o trabalho de polimento.

Arranje um pedaço de lâmina de serra e pratique incisões na superfície do piche, como se vê na figura 2. Observe, porém, o seguinte: os quadrados não devem ser regularmente distribuídos sobre a superfície. Faça os sulcos de modo que o quadrado mais central tenha um dos vértices mais próximo do centro que os outros. Os sulcos devem ser cortados em forma de V. Os quadradinhos devem ter aproximadamente 2,5 centímetros de lado e, como já dissemos, devem estar colocados de modo que um dos sulcos fique mais próximo do centro da ferramenta. Em seguida, coloque a lâmina de piche assim obtida na mesma água em que foi colocado o espelho, de modo que ambos adquiram a mesma temperatura, e então reponha a calota de piche em sua posição antiga, passe Rouge da solução no espelho, coloque-o sobre o espelho, assim deixando até que o conjunto esfrie. Deste modo as facetas da calota de piche, que podem ter modificado a superfície da mesma, entrarão novamente em perfeito contato com a face côncava. [N.R.: substitui a camada de piche por um feltro fino colado à superfície da ferramenta.]

Comece então o polimento, utilizando os mesmos movimentos explicados para o esmerilamento.

Para produzir uma superfície curva ideal e mais precisa para um telescópio de espelho, é necessário que esta tenha uma depressão de alguns milionésimos de polegada em sua parte central; deste modo, a superfície esférica passará a ser paraboloidal. Esta operação é necessária porque a superfície paraboloidal é a única que fará convergirem exatamente para um único ponto, o foco, todos os raios paralelos que a atingem. Isto é, obtido desgastando o centro mais que as bordas, o que se pode conseguir aumentando a amplitude do movimento 2, fig. 3. Porém, não é necessário dizer que a exatidão deste desgaste somente poderá ser observada por meio de testes indiretos - pois nós vamos testar uma variação de dois ou três milionésimos de polegada!

Uma combinação do aparelho usado para tais testes está esquematizada na figuras 8. O teste conhecido por: teste de sombra de Foucault, e os requisitos para realizá-lo são: uma fonte de luz, constituída por pequena lâmpada opaca; um envoltório metálico, que pode ser uma latinha qualquer, convenientemente mantido ao redor da lâmpada e no qual se pratica um orifício de ¼ de polegada onde se aplica um pedaço de papel - alumínio com um furinho feito com agulha. O outro acessório e uma lâmina de faca, ou de uma serra velha, com o respectivo suporte. E nada mais!

As condições do espelho, e a exata curvatura do mesmo durante os estágios de polimento e parabolização podem ser facilmente verificados por meio deste teste. A colocação esquemática das peças está indicada na figura 6. O espelho é colocado em pé, com dois calços, de modo que não possa rolar, e após ter sido completamente lavado de todo Rouge; a uma distância igual a seu raio de curvatura a fonte luminosa é colocada, de modo que o orifício do papel-alumínio esteja à mesma altura que o centro do espelho, uma polegada a sua direita. A lâmina é colocada à esquerda do eixo principal do espelho, e exatamente no mesmo nível que a fonte de luz. A posição do observador é ilustrada na fig. 8.

A luz, atravessando o orifício do papel-alumínio, e partindo praticamente do centro de curvatura do espelho, é refletida por este, dando imagem muito próxima da fonte luminosa, e à mesma distância do espelho. Se o olho do observador estiver colocado neste ponto, o espelho aparecerá uniformemente iluminado. Então a lâmina metálica é deslocada da esquerda em direção ao ponto em que se forma a imagem até cortar o feixe luminoso refletido. Se a lâmina estiver dentro do (menor que o) raio de curvatura do espelho, R, fig. 8, aparecerá uma sombra na superfície do espelho, a qual se moverá na mesma direção que a lâmina. Isto é, observador mantendo o olho na mesma posição. Se os raios refletidos forem cortados depois do raio de curvatura, a sombra sobre o espelho mover-se-á em sentido contrário ao movimento da lâmina. Daqui, podemos determinar o exato centro de curvatura do espelho. Se a superfície fosse perfeitamente esférica, o espelho apareceria uniformemente escurecido quando a lâmina estivesse sobre o centro exato. Como a curva não é esférica, aparecendo sombras fracas sobre ela, indicando que certas áreas delas são mais ou menos próximas da superfície esférica exata. Polindo-se cuidadosamente, estas irregularidades podem ser completamente eliminadas de modo que a curva possa ser tornada primeiramente esférica, e em seguida parabolizada perceptivelmente no centro. O resultado final, uma curva ligeiramente parabólica, é obtido quando o teste de Foucault mostrar um centro aparentemente mais profundo, assemelhando em forma de um salva-vidas.

Espelhamento

O vidro que agora está pronto para o espelhamento, deve ser primeiramente limpo com todo cuidado. Neste primeiro processo, vamos depositar finíssima camada de prata no vidro, tão delicada que a menor quantidade de gordura ou material estranho pode estragar tudo. A superfície deve ser limpa com álcool, esfregada vigorosamente com algodão, e lavada com um ácido forte, em seguida com um álcali e afinal enxaguada completa e cuidadosamente com água destilada.

Uma solução alcalina de nitrato de prata, contendo amônia suficiente para formar o complexo de prata-amônia, é reduzida por açúcares simples á prata metálica, a qual se deposita no vidro formando uma camada finíssima. Uma tira de papel parafinado pode ser enrolada na borda do espelho, e a solução de prata despejada dentro. A prata só depositará dentro de alguns minutos, dependendo da temperatura. Assim que o processo estiver terminado, o espelho é lavado, pois a superfície aparecerá descorada se permanecer durante muito tempo em contato com a solução. A camada de prata será protegida por uma camada de laca transparente diluída.

O segundo processo é o mais prático. As casas comerciais que executam trabalhos do ramo poderão fazer o espelhamento. O espelho é colocado numa câmara de vácuo, na qual uma lâmina de prata é vaporizada pela passagem de corrente elétrica de alta intensidade. Esta prata vaporizada cai se depositando aos poucos na superfície do espelho, formando uma camada permanente e perfeita. [N.R.: o ideal é mandar espelhar em um local especializado em espelhos de precisão.]

Pesquisando nos clubes de astronomia do Rio (CARJ) e São paulo (CASP) encontrei este endereço
onde se faz a metalização de espelhos para telescópios. Segundo dizem é o melhor e mais garantido:

"O Roberto Verzini tem aluminizado todos os espelhos da turma do 
CARJ com rapidez e ótimos resultados.
Temos até umas caixas de madeira próprias para o envio de espelhos 
com até 20cm de diâmetro que vão e voltam por Sedex em poucos dias.
O pagamento é feito por meio de depósito em conta."

"Já mandei metalizar meu espelho de 250mm e o secundário com o Sr. 
Roberto Verzini (11) 5073-9593. Ele é muito competente e 
eficiente. Ele mesmo faz a remoção da película antiga e avalia 
visualmente se o bloco precisa ser polido. A aluminização do 
conjunto ficou em R$ 30,00 no ano passado (2002). Ele presta serviços 
para a maioria dos ATM de São Paulo."

Montagem

O espelho, o prisma e a objetiva podem ser montados num pedaço de madeira de forma apropriada, como vemos na figura 6. Esta montagem, embora sendo a mais simples e pouco conveniente, pois o aparelho tem pouca rigidez e oscila facilmente.

É preferível utilizar canos metálicos, como na fig. 6. Esta montagem é absolutamente rígida, não necessitando maiores esclarecimentos. A única medida crítica é a que separa o espelho côncavo do espelho plano ou prisma. Como a imagem fornecida pelo espelho deve formar-se dentro da distancia focal da objetiva, e como a distância desta ao prisma é constante, a qual chamaremos (4" + X"), pois ela sempre deve ser maior que 4 polegadas, a distância do espelho refletor ao espelho plano deve ser 50" - 4" - X". Porém, será melhor você rosquear a extremidade superior do cano, de modo que o conjunto ocular-prisma esteja na distância certa do espelho côncavo, o que será obtido por tentativas. A montagem do espelho é indicada nas gravuras.

A centralização final do sistema é obtida removendo-se a ocular e olhando através do orifício de montagem diretamente no prisma ou espelho refletor, que deve estar colocado a 45 graus em relação ao eixo principal do espelho. Neste espelhinho será vista uma reflexão do espelho côncavo e neste uma imagem do espelhinho. Esta última imagem deve estar exatamente no centro da imagem do espelho côncavo. Se não estiver, o espelho côncavo será ajustado por meio dos três parafusos com borboletas.

Boa sorte!

Links:

ATM - Welkom
Telescópios - UOL
JOCA - ATM
Foucault-Ronchi Tester
Homemade Foucault Tester

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