Fyzikální kabinet FyzKAB

Články Fyzikální pomůcky Oprava flexibilního zrcadla sady NTL

Oprava flexibilního zrcadla sady NTL Optika 1

V dnešním „okénku učitelského opraváře“ se (jak jinak!) opět pustíme do opravy další z experimentálních sad firmy NTL. Tentokráte nás čeká výroba nového flexibilního zrcadla, které po několika laboratorních hodinách opět (a pochopitelně 😀) nepřežilo vzdělávací tajfun našich žáků.

modul flexibilního zrcadla sady NTL Optika 1

Obrázek č. 1 – modul flexibilního zrcadla sady NTL Optika 1

Modul flexibilního zrcadla, jak vidíme na obrázku 1, je tvořen plastovým proužkem, který je z jedné strany potažen zrcadlovou plochou. Konce zrcadlového proužku jsou upevněny pevným zastrčením do dvojice hliníkových sloupků, které jsou přišroubované na kus plexiskla. Jeden sloupek má být otočný, druhý je řešen posuvně. Změna jejich vzdálenosti prohýbá zrcadlový proužek buď konvexně, nebo naopak konkávně.

Problém tohoto řešení spočívá ve šroubcích, které lze dotáhnout napevno tak, že se zejména neposuvný sloupek nemůže otáčet při posouvání druhého sloupku. Zrcadlový proužek se tak u  tohoto sloupku láme. Tuto situaci vidíme na obrázku 2 (zvýrazněno červeně). Pevný sloupek (levý) místo toho, aby se natočil do potřebného směru, jak vidíme u posuvného sloupku (pravý), drží proužek v původním směru a tím ho láme. Protože pružnost (natož pak „studentoodolnost“) této umělé hmoty není bůhvíjaká, po několika pokusech se proužek zlomí. Na obrázku č. 2 vidíme, že již k tomuto poškození dochází.

Namáhání zrcadlové fólie při úplném utažení aretačního šroubku

Obrázek č. 2 – Namáhání zrcadlové fólie při úplném utažení aretačního šroubku (vyznačeno)

Snad ani není třeba zde zobrazovat skutečný stav, ve kterém se tato pomůcka k vám dostane. Po didakticky úmyslném přeslechnutí hlášek typu: „Jé, panečeli, vono to ňák upadlo!“ nebo „A musíme to teda vůbec měřit, když je to tak nějak dead?“ si o přestávce zakřičíme do ručníku a začneme vymýšlet, jak to opravit.

Preventivní opatření

Preventivní opatření na straně žáků/studentů je buď v rozporu s představami výchovného procesu dle ČSI, nebo zcela bezzubé a tedy i neúčinné. Musíme se tedy vrhnout na úpravu na straně demonstrační sady. 😉

Dokud máme stavebnici novou, musíme upravit připevnění nepohyblivého sloupku tak, aby se mohl i při urputném utažení upevňovacího šroubku i nadále otáčet. Osobně bych i doporučil tento šroubek vyměnit za takový, který nikoho neláká jej rukou utahovat – jistota je jistota! Na obrázku č. 3 vidíme výkres „preventivní“ úpravy – vlevo je původní řešení, vpravo nová verze.

 původní řešení sloupku a návrh preventivní úpravy

Obrázek č. 3 – původní řešení sloupku (vlevo) a návrh „preventivní“ úpravy (vpravo)

V naší úpravě je třeba zamezit dotažení šroubku napevno, aby bylo stále možné natáčení sloupku. Nesmíme tedy dovolit, aby šroubek zcela přitáhl hliníkový sloupek v plexisklové destičce. V plexisklové destičce tedy zvětšíme otvor a do něj vložíme libovolný distanční sloupek. Docela se nám osvědčil plastový distanční sloupek (bez závitu) pro montáž tištěných spojů – dá se zakoupit v prodejnách s elektronikou v různých délkách. Pochopitelně sloupek musí být jen o trochu delší, než je tloušťka plexiskla. Takže jej stejně budeme muset postupně obrušovat na smirkovém papíru, dokud nebude „tak akorát“. Potřebný distanční sloupek si lze též třeba vytisknout na 3D tiskárně, pak by se takto „dopasovávat“ asi nemusel. Při úplném dotažení šroubku do hliníkového sloupku bude zabraňovat náš distanční sloupek úplnému dotažení a při zvolení vhodných tolerancí jeho délky a velikosti zvětšeného otvoru v plexiskle, půjde hliníkovým sloupkem otáčet, ale nebude se viklat.

Stačí upravit je ty hliníkové sloupky, které jsou na plexiskle připevněny napevno. Ty pohyblivé v protáhlém otvoru není třeba upravovat. Když se povolí šroubek pro jejich posunutí, dojde i k jejich otáčení. O to se koneckonců postará pevnost zrcadlové destičky.

Opravujeme škody

Metoda 1.

Pokud jsme prevenci podcenili, nezbývá nám než začít řešit problém s prasklým zrcadlovým páskem (viz obr. 4). Na jakékoliv lepení zapomeňte! Nezbývá než vyrobit zrcadlový pásek nový.

Namáhání zrcadlové fólie při úplném utažení aretačního šroubku

Obrázek č. 4 – Na jakékoliv lepení zlomeného zrcadlového pásku zapomeňte!

Chcete-li zrcadlový pásek nahradit novým, můžeme jej vyrobit z plastové zrcadlové desky. Původní proužky jsou v hliníkových sloupcích jen zatrčené, takže nebude problém je vyndat. Zrcadlové platové desky pro nařezání nových proužků můžeme zkusit koupit ve své oblíbené modelářské prodejně, popřípadě na internetu např. u firmy Modelov (kategorie: Stavební materiál » Plastové desky, PVC, HPS » Plastové desky zrcadlové). Stříbrná deska o výchozích rozměrech 320×194mm je dostupná v tloušťce 1 mm nebo 2 mm. Cenově se pohybují pod a nad hranicí dvou set korun (dle tloušťky). Když k tomu připočteme i nějaké to poštovné, jistě zalitujeme podceněné prevence popsané výše!

Trochu je problém plastovou zrcadlovou desku nařezat na potřebný rozměr, aniž by se na okraji nepoškodila zrcadlová vrstva. Ale po několika pokusech se to jistě povede. Každopádně asi zapomeňte na klasické nůžky a spíše použijte nůžky krejčovské s tlustým otřím (nebo ostrý břit nějakého řezáku, či modelářskou pilku). Pokud použijeme destičky tloušťky 1 mm, bude třeba nový zrcadlový proužek do hliníkového sloupku trochu zafixovat vhodným lepidlem. Kvalita takto získaného zrcadla je trochu horší, než bylo zrcadlo na původním proužku, ale možná to bylo jen kvalitou naší zakoupené destičky. Každopádně to na kvalitu studentských pokusů dostačuje.

Metoda 2.

Druhá metoda je pro odvážnější „konstruktéry“, kteří si chtějí užít trochu toho 3D tisku! Při této metodě si vyrobíme zcela nový pružný platový pásek pro zrcadlovou plochu, a to včetně otočného uchycení na hliníkových sloupcích. Bude-li se uchycení pružného pásku otáčet nezávisle na utažení aretačních šroubů, nemělo by dojít k situaci, kdy student záměrně zlomí pásek natočením pohyblivého sloupku, který se z principu musí utahovat na pevno. Ptáte se, proč by to dělal? No, přece protože může!

Opravná sada je tvořena náhradou ohebného pásku a dvojicí aretačních kroužků

Obrázek č. 5 – Opravná sada (žlutý plast) je tvořena náhradou ohebného pásku a dvojicí aretačních kroužků.

Námi navržená „opravná sada“ je znázorněna na obrázku č. 5. Pro názornost fotografií pro tento článek je vytvořena ze žlutého plastu. Pro běžnou opravu bychom použili plast černý, jak se pro díly optické sady sluší a patří. Jak vidíme na obrázku, sada se skládá z náhrady ohebného pásku, která je zakončena dvěma válcovými úchyty, kterými se navleče na vnější povrch hliníkových sloupků. Aby tento plastový díl ze sloupků nespadával, je zaaretován dvojicí plastových kroužků, která se nasadí na hliníkové sloupky (popř. přilepí). Kroužky jsou navrženy tak, že mají mírně menší vnitřní průměr, než je průměr hliníkových sloupků. Pokud použijeme pro výrobu filament ABS s příměsí gumy (ABS-T), jdou po dobrém očištění kroužky nasadit vcelku dobře a drží i bez lepidla. Pokud použijeme hmotu PET-G, jsou kroužky mírně tvrdší a tedy je nelze tolik natáhnout. Při jejich nasazení tedy bude třeba mírně obrousit jejich vnitřní průměr. Ale pozor, když to přeženete, musíte je zafixovat na svém místě vteřinovým lepidlem. Naopak na velkém plastovém dílu se použití filamentu ABS a PET-G skoro vůbec neliší. Mysleli jsme, že pružnější ABS bude výrazně lepší, ale filament PET-G je v tomto případě úplně stejný. Takže pokud ABS-T filament nemáte, klidně potřebné díly vyrobte z PET-G.

Pokud se vám nechce aretační kroužky z PET-G přibrušovat, můžete je zkusit nahřát v horké vodě

Obrázek č. 6 – Pokud se vám nechce aretační kroužky z PET-G přibrušovat, můžete je zkusit nahřát v horké vodě
(ale pozor, jak jsou malé, tak poměrně rychle opět vychladnou).

Po nasazení aretačních kroužků a ohebného plastového proužku tak, aby se mohl na hliníkových sloupcích volně otáčet, máme opravu téměř hotovou – viz obrázek č. 7. Jak na tom samém obrázku vidíme, je zachována původní funkčnost flexibility a zároveň nedochází k lámání plastu, neboť se uchycení natáčejí.

Opravený modul flexibilního zrcadla

Obrázek č. 7 – Opravený modul flexibilního zrcadla
(model z černého plastu působí dojmem profesionálního řešení)

Posledním úkolem naší „velké“ opravy je vytvoření zrcadlové plochy na plastovém dílu. V principu máme dvě možnosti. Ta jednodušší (a levnější) spočívá v nalepení původního zrcadlového proužku na nový díl pomocí oboustranné lepenky. Je to sice řešení, ale když už jsme si s opravou dali takovou práci, je škoda ji teď takto „pohřbít“. Pro nalepením původního platového pásku, který je dost tvrdý, je třeba použít kvalitní měkčenou oboustrannou lepenku a i tak hrozí občasné odlepení (zejména při delším namáhání při konfiguraci vypuklého zrcadla). „Panečeli, se mi to nějak odlepilo, tím pádem to už nemusím doměřit, že jo?“

Lepší je použít samolepicí zrcadlovou tapetu, ze které se ustříhne potřebný proužek a která je dostatečně flexibilní na to, aby se mohla na plastu ohýbat. Zrcadlová kvalita této tapety je pro naše pokusy dostačující, i když to originální zrcadélko bylo přeci jen o trochu lepší. Co se ale dá dělat, i v tomto případě je třeba říci: „Neměli jsme si nechat to původní zničit!“

Pro získání zrcadlové tapety je asi úplně nejlepší se zkusit se obrátit na některou z firem, která s touto fólií pracuje. Jistě Vám několik odstřižku dají. Pokud tuto možnost nemáme, nezbývá než kousek koupit v metráži. Na internetu lze sehnat jeden metr zrcadlové fólie (šířka 45 cm) asi za dvě stě korun (občas i včetně poštovného). Je pravda, že potřebujeme jen opravdu malé kousky, takže co s tím zbytkem. No… nebojte se, až Vám bude ten zbytek ležet v kabinetě na stole, ono se nějaké to fyzikální využití najde. 😀

Opravený modul flexibilního zrcadla s nalepenou zrcadlovou tapetou

Obrázek č. 8 – Opravený modul flexibilního zrcadla už i s nalepenou zrcadlovou tapetou

Soubory pro 3D tiskárnu

Pochopitelně, jaký by to byl návod, kdybychom Vám na záběr neposkytli 3D model výše popisované opravné sady. Rádi bychom uvedli, že zde prezentovaný 3D model jsme vyrobili pro svou potřebu a jeho použití nám vyhovuje tak, jak je zde prezentováno. Kdo chce, může si jej libovolně upravit, nebo si ho třeba vytvořit znova a zcela jinak. Naopak pokud se Vám náš 3D model líbí a pomůže Vám opravit již poškozené optické sady, budeme rádi, když nám o tom dáte vědět. Je sice pravda, že nejlépe se člověk pochválí akorát tak sám, ale i tak by nás potěšilo vědomí, že tyto naše články občas někomu pomohou. 😉

3D tisk opravné sady z černého ABS-T filamentu

Obrázek č. 9 – 3D tisk opravné sady z černého ABS-T filamentu

Níže uvedený 3D model je navržen pro tisk na tiskárně s tryskou 0,4 mm, při výšce vrstvy tisku 0,15 mm (optimal). Filament je buď použit ABS-T nebo klasický PET-G. Pokud nemáte s tiskem z ABS (dobré) zkušenosti, klidně vsaďte na PET-G. V obou případech je nastaven tisk s límcem a 0% výplní. Celková doba tisku této opravné sady se při tomto nastavení pohybuje kolem 40–50 minut.

3D model – opravná sada pro NTL Optika 1:


STL Soubor ke stažení:

free counters
od 26.9.2012
UPOZORNĚNÍ:
Nesouhlasíme s vyřazením Newtonových zákonů, Ohmova zákona a zákona zachování energie z učiva fyziky základních škol v České republice!