Ova naizgled primitivna sprava nezamjenjivi je dio opreme svakog ozbiljnog brusača zrcala. Ona se po svojem izumitelju, francuskom znanstveniku Leon Foucalt-u (provjerio sam kod francuskih kolega, ime se izgovara otprilike kao Fuko) i danas, preko 150 godina od kada je nastala, naziva Foucalt-ov uređaj za ispitivanje zrcala. Sprava na slici izrađena je po uputama J. Texereau-a (čita se otprilike Teksero), koji je 20tih godina prošlog stolječa napisao jednu od najboljih knjiga o amaterskoj izradi astronomskih zrcala uopće. Originalna knjiga napisana je na francuskom, no njen modernizirani engleski prijevod može se nabaviti kod američkog izdavača "Willman-Bell" (www.wilbell.com, trenutna cijena knjige oko 25$) i svakako je preporučljivo štivo svima koji žele proširiti svoje znanje u ovom području. Primitivni izgled Foucalt-ovog uređaja na gornjoj slici zavarava ali i pokazuje kako je pravilnom upotrebom fizikanih principa vrlo jednostavno moguće izraditi vrlo precizne naprave.
Foucaltov uređaj radi na vrlo jednostavnom principu: Znamo da sferno zrcalo zrake svjetla koje izlaze iz njegovog središta zakrivljenosti vraća natrag točno u njega. Stavimo li dakle u središte zakrivljenosti zrcala točkasti izvor svjetla, njegova slika poklopit će se sa samim izvorom i bit će iste veličine, dakle isto tako točka. Tu se naravno u račun miješa ogib svjetla pa od točkastog izvora nastaje njegova ogibna slika, no u ovom času utjecaj ogiba možemo zanemariti. Foucalt je znao za ovo svojstvo sfernog zrcala i dosjetio se kako da ga iskoristi. Svako odstupanje oblika zrcala od sfernog oblika dovodi do toga da slika točkastog izvora bude promijenjena. Analizom promjena slike možemo ustanoviti da li je naše zrcalo zaista sferno ili ne. Dakako, da bismo sliku mogli analizirati, moramo prvo doći do nje, tj.moramo je odmaknuti sa točkastog izvora. Foucalt je jednostavno točkasti izvor malo odmaknuo od osi zrcala, što je dovodi do toga da se slika izvora za istu udaljenost odmiće od osi u suprotnu stranu. Tako mu je slika sad postala dostupna.
Foucatov "trik" zorno je prikazan na gornjoj skici. Ako točkasti izvor svjetla (I) koji se nalazio u središtu zakrivljenosti zrcala, odmaknemo za neku udaljenost (x) od optičke osi, njegova slika (S) odmakne se za istu udaljenost u suprotnu stranu. Na taj način smo sliku odvojili od izvora i omogućili njeno proučavanje. Isto (desna slika) se dogodi ako izvor primičemo zrcalu, ili ga odmičemo od njega. Naravno,ovo vrijedi kad je udaljenost x mala u usporedbi sa polumjerom zakrivljenosti zrcala, a gornja slika je radi preglednosti crtana sa ekstremno velikim x.
Idući "trik još je genijalniji. Foucalt je brzo ustanovio da proučavanje same slike povećalom ne pomaže mnogo u određivanju odstupanja oblika plohe od sfrenog. Naime, kao i kod direktnog testiranja teleskopa na zvijezdama, odstupanje oblika zrcala od idealnog dovodi do promjena u ogibnoj slici, ali se one ne mogu na jednostavan način povezati sa mjestom i veličinom samog odstupanja plohe zrcala. Foucalt je zanemario djelovanje ogiba i poslužio se jednostavnim principima geometrijske optike.
Uzeo je predmet ravnog, oštrog ruba (tzv. optički nož) i njime lagano sjekao stožac svjetla koji od zrcala dolazi prema slici rupice. Pri tome je svoje oko postavio malo iza samog središta zakrivljenosti, toliko da cijelo zrcalo vidi osvijetljeno. Kad sad nož "zasječe" u snop svjetla, neke od zraka svjetla ne mogu više doći do opažača pa on dio zrcala sa kojeg te zrake dolaze više ne vidi, tj.taj dio zrcala naglo potamni. Pri tome (pogledajmo gornju skicu!) sjena putuje u istom smjeru kao i nož ako je nož ispred slike, a u suprotnom ako je nož iza nje. Pogodimo li točno mjesto gdje se slika nalazi, zrcalo će renutno potamnjeti i mi nećemo moći reći sa koje strane je sjena dšla. Na taj je način moguće sa velikom točnošću (do par stotinki mm) odrediti položaj slike. Pobrinemo li sa za to da je ona na istoj udaljenosti od zrcala kao i sama rupica, jednostavnim mjerenjem udaljenosti noža od tjemena zrcala dobivamo njegov polumjer zakrivljenosti.
Uzmemo li u obzir da slika rupice, kao i sama rupica, u promjeru ima samo nekoliko stotinki milimetra, jasno je da se nož mora moći vrlo precizno pomicati. Testiranje dakle ne možemo izvesti držeći nož u ruci, već nam je za to potrebana preciznija sprava. Ona se naziva Foucaltov-ov uređaj za testiranje i ponos je svakog ozbiljnog brusača zrcala. Bez obzira na potrebnu preciznost, ovakva sprava dade se lako izraditi u svakoj kućnoj radionici, kao što to slika na početku ove stranice zorno prikazuje. Pogledajmo je zato još jednom malo detaljnije:
Cijela sprava montirana je na komadu daščice velikom oko 20x25 cm. Na desnoj strani montiran je stupić (A) izrađen u ovom slučaju od šper-ploče (upotrijebite bilo koji prikladni materijal koji imate pri ruci!), visok oko 20 cm. Njegova uloga je da izvor svjetla drži na oko 20 cm iznad donje ploče, kako bismo kod mjerenja bez problema mogli približiti glavu optičkom nožu. Na vrhu stupića (B) nalazi se držač rupice,a u stupiću iza njega smještena je žaruljica koja osvjetljava rupicu. U ovom slučaju umjesto rupice upotrijebljena je tanka pukotina izrađena od dvije polovice žileta zalijepljene dvokomponentnim ljepilom na podlogu. Kod lomljenja žileta na pola (žilet se vrlo lako prelomi ako ga pažljivo presavinemo po dužini na pola) pazite da se ne porežete!. Razmak žileta je namješten od oka tako da je držač okrenut prema nekom jačem izvoru svjetla, a žileti namještani tako dugo dok između njih nije ostala samo vrlo tanka linija svjetla jednolike svjetline. Nećete vjerovati koliko je oko osjetljivo na male razlike u svjetlini, pa je ovako "od oka" izrađena pukotina zaista jednake širine po cijeloj dužini. Pukotina pred rupicom ima tu prednost da propušta mnogo više svjetla, pa je testiranje olakšano. S druge strane, optički nož mora biti strogo paralelan sa njom, što malo komplicira konstrukciju uređaja i zahtijeva početno namještanje noža, no to se lako savlada. Da bi žaruljica jednoliko osvjetljavala pukotinu, jednostavno je omotana jednim slojem paus papira. Upotrebljena je žaruljica od baterijske svjetiljke, tako da je uređaj neovisan o električnoj mreži. Ova mala žaruljica daje dovoljno svjetla, a ne zagrijava se prejako (kod testiranja glavu držimo na par cm od njenog kučišta!).
Ako je nekome izrada pukotine presložena, može umjesto nje staviti malenu rupicu. Rupicu je najlakše izraditi u tankoj metalnoj foliji (poklopac od čašice jogurta idealan je materijal za to!). Komadić folje stavimo na tvdu podlogu (komadić stakla ili metala), uzmemo običnu iglu za šivanje i pritisnemo je na foliju. Zavrtimo je prstima nekoliko puta lijevo desno, pazeći da ne sklizne, uz održavanje laganog pritiska na podlogu. Nakon malo vježbe ovako ćemo bez problema izraditi rupicu koja nam treba. Imamo li pri tome problema, pokušajmo pod foliju staviti list ili dva papira, sve dok ne dobijemo rupicu željene veličine. Oblik i veličinu rupice možemo provjeriti jačim povećalom (okular teleskopa žarišne daljine oko 20 mm odlično će poslužiti!). Rupicu jednostavno montiramo na mjesto pukotine i uređaj koristimo kao i sa pukotinom,s time da namještanje paralelnosti pukotine i noža naravno otpada.
Na lijevoj strani nalazi se mehanizam za testiranje. Optički nož također je izrađen od polovice žileta i montiran je na maloj ručici (D) na vrhu drvenog nosača (C). Ručica je u sredini vijkom učvrščena na nosač tako da se dade okretati oko vijka. Ovim pomicanjem dovodimo optički nož u paralelu sa slikom pukotine koju daje zrcalo koje testiramo. Cijev ili ravna šipka promjera 15-20 mm (E) uglavljena je u dva "V" nosača ispiljena od dva komadića drveta. Ona na sebi nosi mehanizam za testiranje i omogučava njegovo pomicanje prema zrcalu i od njega. Fino pomicanje u ovom smjeru vrši vijak M6 koji gura zadnju stranu nosača (na ovoj slici skriven je iza samog nosača). Gumica (F) služi kao opruga i stano vuće nosač prema vijku, tako da kod pomicanja mehanizma nema zazora. Vijak je uvijen direktno kroz rupu u drvenoj daščici učvršćenoj na zadnji nosač cijevi. Rupa u dašćici pri tome treba biti 0,5 do 1 mm manjeg promjera od promjera vijka, pa kad vijak na silu uvijemo u nju, dobijemo maticu bez zazora. Na kraj vijka pričvrstimo nešto veći kotačić (2-4 cm u promjeru) čiji obod podijelimo (npr. zamatanjem mm papira ili označavanjem flomasterom) na 20 jednakih dijelova. Koristimo li vijak M6, svaka podjela kotačića odgovara 0,05 mm pomaka stola, što je za dovoljno za testiranje svih zrcala, osim onih vrlo velikog otvora (manjeg od F/4, ako ikad uopće poželite izraditi tako ekstremno zrcalo). Uz jednu stranu kotačića možemo postaviti komad lima ili žice koji će nam olakšati očitavanje položaja vijka. Ne zaboravimo kod pomicanja brojiti pune okrete vijka!
Siječenje slike (pomicanje noža prema pukotini ili od nje) obavljamo vijkom (G) koji je uvijen u nosač noža i čiji vrh klizi po staklenoj ploči (H) ispod njega. Staklena ploča je podignuta na potrebnu visinu podlaganjem dva komadića debele šper-ploče. Umjesto stakla možete slobodno upotrijebiti i keramičku pločicu ili komad ultrapasa, važno je samo da ova podloga bude tvrda, ravna i što je moguće glađa. Kako se vijak uvija prema dolje, podiže tu stranu nosača, cijeli nosač rotira oko cijevi i naginje se prema izvoru svjetla pa nož ide prema pukotini. Nož se doduše pri tome pomiće po kružnici, ali kako se radi o malim pomacima, to nije primjetno.
Zrcalo je kod testiranja obično montirano u vertikalnom položaju. S jedne strane to olakšava testiranje velikih zrcala jer je udaljenost od tjemena zrcala do optičkog noža približno jednaka polumjeru zakrivljenosti zrcala (zamislite si da kod testiranja zrcalo jednostavno stavite na pod, a vi sa cijelim uređajem za testiranje balansirate na ljestvama nekoliko metara iznad njega pokušavajući uloviti sliku pukotine), a s druge strane ujedno smanjuje opasnost od promjene oblika zrcala uslijed vlastite težine. Dobro je za tu svrhu izraditi poseban stalak koji će sigurno držati zrcalo na njegovom mjestu i ujedno omogućiti fino podešavanje njegovog položaja. Jedan takav jednostavni stalak prikazan je na slijedećoj slici:
Stalak je izrađen od dvije daščice, okomito pričvršćene jedna na drugu. Na prednjoj strani donje dašćice nalazi se vijak za podešavanje nagiba stalka, a na njenoj zadnjoj strani su odozdo pričvršćene dvije gumene nogice. Zrcalo visi obješeno na elastičnoj traci, u ovom slučaju komadu plastične trake za vezanje ambalaže. Elastična traka znatno smanjuje mogućnost nejednakog pritiska na obod zrcala. Bilo kakva plastična ili platnena traka širine otprilike jednake debljini zrcala i dovoljne čvrstoće dobra je za ovu svrhu. Kod ovakve montaže postoji opasnost da zrcalo padne prema naprijed. Ovdje je to spriječeno komadićem obostrano ljepljive trake koje zadnju stranu zrcala drži zalijepljenu na dašćicu iza njega, no bolje je iznad zrcala zabiti još jedan čavlić (naravno prije nego što stavite zrcalo na nosač, bez obzira na to što ste zadnjih 1300 čavala zabili bez najmanje pogreške) na kojem je mali komadić lima ili šperploće koji okretanjem možete staviti preko ruba zrcala tako da ga osigura od pada. Ovaj drugi način osiguranja svakako je preporučljiv za veća i teža zrcala (ovo na slici je 15 cm u promjeru).
Za testiranje nam je potrebna prostorija koju možemo zamračiti (ili možemo testiranje raditi noću) čija dužina je barem 1 m veća od polumjera zakrivljenosti zrcala. Dobro je ako u njoj vlada što je moguće više stalna temperatura jer miješanje toplog i hladnog zraka može potpuno onemogućiti testiranje. Podrumske prostorije su zato za ovu svrhu posebno podesne. Stalak za zrcalo stavimo na stol, policu ili neki drugi prikladni nosač uz jedan zid prostorije. Na suprotnoj strani, na otprilike istoj visini treba biti uređaj za testiranje. Kako se testiranje znade odužiti, najbolje je da sve namjestimo tako da kod testiranja možemo udobno sjediti.
Sad dolazi najteži dio posla: uređaj za testiranje i zrcalo treba međusobno tako namjestiti da slika pukotine padne u procijep između noža i nosača pukotine. Za to postoji nekoliko načina, a ja obično koristim slijedeći: uređaj za testiranje postavi se tako da je udaljenost noža od tjemena zrcala otprilike jednaka polumjeru zakrivljenosti zrcala. Sad je potrebno zrcalo usmjeriti tako da sliku pukotine vrača u pravom smjeru. Ja za tu svrhu koristim baterijsku svjetiljku. Svetiljku treba držati ispred zrcala otprilike na spojnici tjemena zrcala i optičkog noža, ali znatno bliže od samog noža. Sad pokušamo okom uhvatiti sliku svjetiljke u zcalu, i zakretanjem nosača zrcala te njegovim naginjanjem dovesti sliku svjetiljke što je moguće bliže samoj svjetiljci. Ne gubeći iz vida odraz svjetiljke sad se polagano udaljavamo od zrcala, popravljajući pri tome položaj zcala, ako je to potrebno. Kad dođemo u blizinu uređaja za testiranje, zrcalo je već grubo podešeno. Kod ovog je još jedan pomagač koji lagano podešava položaj zrcala prema vašim uputama je dobrodošao, posebno ako se radi o zrcalu većeg polumjera zakrivljenosti.
Kad smo grubo usmjerili zrcalo, upalimo žaruljicu uređaja za testiranje i, sa glavom iza njega, gledajući kroz procijep između nosača pukotine i noža, pokušamo uloviti odraz pukotine u zrcalu. Ne uspijemo li, uređaj približimo 10-20 cm prema zrcalu, pa pokušamo ponovo. Kad uhvatimo odraz, lagano pomičemo uređaj prema natrag, pazeći da pri tome ne izgubimo odraz. Kad odraz prvi puta uhvatimo, bit će vjerojatno manji od samog zrcala. Sad malo odmaknemo glavu prema natrag. Smanjuje li se veličina odraza u zrcalu, oko nam se nalazi iza slike pukotine i obratno. Sad još podesimo udaljenost uređaja od zrcala tako da cijelo zrcalo bude jednoliko osvijetljeno, pa onda pokušamo nožem sječi sliku pukotine. Putuje li pri tome sjena noža u istom smjeru kao i nož, nalazi se nož ispred slike pukotine, ako putuje u suprotnom smjeru, iza. Kad nađemo mjesto na kojem cijelo zrcalo trenutno potamni, nalazi se nož u ravnini slike pukotine. Pri tome je polumjer zakrivljenosti zrcala jednak polovici zbroja udaljenosti pukotine od tjemena zrcala i noža od tjemena zrcala (rijetko se ide na točno podešavanje udaljenosti tako da su rupica i nož baš na istoj udaljenosti od zrcala. Odstupanja od centimetar do dva ne igraju veliku uk+logu, a mogu nam pomoći da lakše okom uhvatimo sliku cijelog zrcala). Na ovaj način ujedno smo točno izmjerili polumjer zakrivljenosti zrcala, a time i njegovu žarišnu daljinu, koja je jednaka polovici polumjera zakrivljenosti, kao što već znamo. Za samo testiranje dobro je da je nož otprilike u ravnini zadnje strane nosača pukotine kako bismo kod testiranja okom mogli doći dovoljno blizu slike pukotine da bismo cijelo zrcalo vidjeli osvijetljenim. To je posebno važno kod zrcala sa velikim relativnin otvorom (F/5 ili manje).
Ako nosač rupice napravimo tako da se lako može ukloniti sa svojeg nosača (npr. rupicu montiramo na mali komadić šperploče, koji se onda umetne u držač na samom stupiću), možemo ga kod početnog namještanja ukloniti i za podešavanje položaja zrcala i uređaja za testiranje koristiti žaruljicu u samom uređaju, pa nam ne treba dodatna baterijska svjetiljka. Baterijska svjetiljka je ipak korisna za snalaženje u prostoriji, ako je ona potpuno mračna. Umjesto žaruljice možemo naravno upotrijebiti bijelu LED diodu, s time da je ona jako osjetljiva na napon baterije pa se obično stavlja u seriji sa odgovarajučim zaštitnim otporom. Ako tome dodate i promjenjivi otpornik (potenciometar) možete regulirati i svjaj diode, a time i svetlinu rupice, što je jako korisno ako testiramo i već aluminizirana zrcala.
A evo i skice koja pojašnjava gibanja stolića na kojem se nalazi nosač noža za analizu slike.
