Când eram în al doilea an la universitate, am primit o comandă foarte neobișnuită - un pistol Gauss în trei trepte. Termenele pentru crearea sa au fost foarte scurte: a existat doar o săptămână pentru totul despre orice. În plus, pistolul avea o poftă irealizabilă fizic: inversarea câmpului magnetic al bobinelor, care, potrivit autorului pistolului, ar fi trebuit să-și sporească eficiența. Cu toate acestea, din moment ce mi-au plăcut pistoalele Gauss și am visat să încep să câștig bani făcând ceea ce îmi place, am fost de acord să îndeplinesc comanda.

În timpul sărbătorilor, nimic nu prefigura...

Acestea erau vacanta de iarna Mai mult de o săptămână până la începerea școlii. Nimic nu prefigura ordine ciudate, când deodată prietenul meu m-a sunat și m-a întrebat dacă am vreo dorință să iau parte la dezvoltarea unui adevărat tun Gauss. Desigur, am fost cu toții pentru. Ei au promis că vor aloca pentru tun oricât de mulți bani vor (adică pentru detalii, și nu pentru plata pentru muncă). Condiția principală era să termine pistolul la timp, trebuia să poată inversa câmpul magnetic al bobinelor, astfel încât proiectilul să primească o accelerație suplimentară și, de asemenea, să poată pătrunde în rezervor și să aibă o eficiență de cel puțin 10% .

După ce m-am familiarizat cu schema armei, pur și simplu am căzut, pentru că era un desen extrem de secret de la institutul de cercetare din vremurile URSS. Din păcate, circuitul a fost ars de Inchiziție, nu a fost păstrat, îmi amintesc doar din memorie că autorul a vrut să încarce condensatoare nepolare cu curent alternativ. În general, clientul nu avea idee cum funcționează pistoalele Gauss și electronicele în general, deoarece nici măcar nu știa că condensatorii nu sunt încărcați cu curent alternativ. Așa că a trebuit să fac totul singur.

O altă surpriză neplăcută a fost că corpul pentru armă era deja gata. Prin urmare, locația bobinelor nu a putut fi schimbată, iar dimensiunea lor a fost limitată în lungime.

În ceea ce privește inversarea bobinelor... Am încercat să explic că energia de pe bobină nu poate „dispără în nicăieri”, cu toate acestea, aceasta a fost o condiție importantă, deși datorită sugestiei mele, implementarea inversării câmpului magnetic a devenit necesar doar în prima etapă, iar celelalte trei au funcționat, ca în pistoalele Gauss convenționale.

Începutul dezvoltării. Controlul bobinei pod

S-a dovedit că în echipă eram singurul care înțelegea electronica la un nivel destul de înalt. Poate de aceea dezvoltarea a continuat non-stop timp de o săptămână cu pauze pentru un pic de somn, deși eram trei, Slav. („Slav”, pentru că numele tuturor trei se terminau în „slav”).

În primul rând, a fost necesar să se estimeze ce s-ar întâmpla în circuitul de comutare a podului atunci când se încearcă să se aplice tensiune bobinei în direcția opusă, după ce curentul a început deja să curgă prin ea. În aceste scopuri, am folosit simulatorul LTSpice cu bibliotecile de elemente necesare (pe care le-am luat, cam ca ). Am decis să folosesc tranzistori IGBT conectați în paralel ca chei. O căutare pe Google a arătat că conexiunea paralelă a tranzistorilor IGBT într-un pistol gaussian va funcționa corect dacă fiecare tranzistor are o rezistență suplimentară mică (din memorie, cum ar fi 0,1 - 0,5 Ohm). Fără rezistențe suplimentare, cel mai probabil tranzistoarele vor arde una după alta. De asemenea, pentru a proteja împotriva auto-inducției, fiecare tranzistor trebuie să aibă o diodă de protecție. Ca condensatori, desigur, s-au folosit electroliți obișnuiți cu o capacitate de 330 - 470 microfarad și o tensiune de 450 volți. Valoarea inductanței bobinei pentru simulator a fost obținută din calculele bobinelor din programul FEMM. Tranzistoarele IGBT erau controlate prin optodriver specializate în acest scop, deoarece era necesară izolarea galvanică.

Drept urmare, s-a dovedit că în circuitul de punte, în timpul reconectarii bobinei, tranzistoarele aveau supratensiuni puternice de curent invers care erau incompatibile cu durata de viață a siliciului. Absolut nimic nu a rezolvat această problemă și nici varistorul nu a salvat. Pe de altă parte, dacă scoateți tranzistoarele de-a lungul unei diagonale și lăsați diodele acolo, obțineți un circuit de recuperare a energiei. În cazul recuperării, energia reziduală a bobinei după ce proiectilul a trecut prin ea a fost returnată înapoi la condensator.

Am raportat aceste două știri clientului. Cu toate acestea, clientul a spus că inversarea polarității trebuie implementată fără greș, chiar dacă eficiența trebuie sacrificată (deși scopul inițial era creșterea eficienței.). Ca rezultat, pur și simplu am pornit bobina în serie cu un rezistor suplimentar, a cărui valoare am selectat-o ​​pe baza valorilor admisibile ale curentului invers al tranzistorilor.

Calcul bobinei

Poate că tocmai când am întâlnit calculele bobinelor pentru un pistol Gauss am aflat pentru prima dată că ceva poate fi calculat de un computer ore întregi, dacă nu zile întregi. După cum am scris mai devreme, calculul a fost efectuat cu puterea unui script special în programul FEMM. Un prieten mi-a dat un script „adevărat” pentru calcul. Dacă sunteți interesat, puteți căuta pe internet „coilgun_cu.lua” sau puteți descărca . Există, de asemenea, două resurse ( și ), în care am citit despre aceleași tranzistoare IGBT și despre FEMM și multe altele.

După finalizarea calculelor cu optimizare, s-au obținut valorile vitezei proiectilului, eficienței pistolului, numărului de spire etc.. cele mai bune. Cel mai probabil vor fi cele mai bune doar într-un anumit interval de parametri ai bobinei.

Controlul tunului

Deoarece pistolul este în trei trepte, se pune întrebarea cum să comutați bobinele. Pentru a determina prezența unui proiectil în fața bobinei, s-a decis să se utilizeze o soluție standard sub formă de senzori optici (vă sfătuiesc să cumpărați LED-uri IR importate în acest scop, deoarece cele vechi domestice consumă o mulțime de energie). S-a decis determinarea semnalelor de la senzori folosind întreruperi externe ale microcontrolerului din seria AVR. De asemenea, microcontrolerul a măsurat tensiunea pe condensatoare și a scos sunetele corespunzătoare la două niveluri de încărcare: atunci când condensatoarele sunt încărcate complet și când sunt aproape de încărcare completă (80-90% din maxim).

Convertoare de tensiune

Pentru a încărca condensatoare cu o capacitate totală de aproape 2000 de microfarad de la o baterie de 12 volți la o tensiune de 450 de volți, era nevoie de un convertor suficient de puternic. Mi-a fost prea lene să fac un convertor de la zero, așa că pur și simplu l-am scos din propriul meu pistol Gauss. Pentru oricine se întreabă, era un traductor

29 martie 2013 la 12:59

Pistolul Gauss- o legendă de aproximativ 3% eficiență

• DIY sau bricolaj

Cumva, pe Internet, am găsit un articol despre pistolul Gauss și m-am gândit la faptul că ar fi bine să am unul (sau chiar două) pentru mine. În timpul căutării, am dat peste site-ul web gauss2k și cea mai simplă schemă a construit un pistol super-cool-mega-gauss.

Acolo e:

Și împușcă puțin:

Și apoi m-a luat o tristețe puternică, că nu aveam o armă super cool, ci un fart, dintre care sunt multe. M-am așezat și am început să mă gândesc cum pot crește eficiența. Gândit lung. An. Am citit tot gauss2k și podeaua forumului militar. Inventat.

Se dovedește că există un program scris de oameni de știință de peste mări, dar terminat de meșterii noștri sub un tun Gauss și se numește nimeni altul decât FEMM.

Am descărcat scriptul .lua și versiunea de peste mări a programului 4.2 de pe forum și m-am pregătit să lovesc calculele științifice. Dar nu a fost acolo, programul de peste mări nu a vrut să ruleze scriptul rusesc, deoarece scriptul a fost realizat sub versiunea 4.0. Și am deschis instrucțiunea (ei o numesc manual) în limba burgheză și am aprins-o complet. Mi s-a dezvăluit marele adevăr că în scenariu, blestemat, trebuie mai întâi să adaugi o replică complicată.

Aici este: setcompatibilitymode(1) -- activați modul de compatibilitate femm 4.2
Și m-am așezat pentru calcule lungi, mașina mea de numărat a fredonat și am primit o descriere a unui om de știință:

Descriere

Capacitate condensator, microFarad= 680
Tensiune condensator, Volt = 200
Rezistența totală, Ohm = 1,800147899376892
Rezistență externă, Ohm = 0,5558823529411765
Rezistența bobinei, Ohm = 1,244265546435716
Numărul de spire pe bobină = 502,1193771626296
Diametrul firului bobinei, mm = 0,64
Lungimea firului din bobină, metru = 22,87309092387464
Lungimea bobinei, mm = 26
Diametrul exterior al bobinei, mm = 24
Inductanța bobinei cu glonțul în poziția inițială, microHenry = 1044,92294174225
Diametrul exterior al butoiului, mm = 5
Greutatea glonțului, grame = 2,450442269800038
Lungimea glonțului, mm = 25
Diametrul glonțului, mm = 4
Distanța la care glonțul este împins în bobină în momentul inițial, milimetru = 0
Material din care este realizat glonțul = Nr. 154 Material selectat experimental (fier simplu)
Timp de proces (microsec)= 4800
Increment de timp, microsec=100
Energia glonțului J = 0,2765589667129519
Energia condensatorului J = 13,6
Eficiența Gauss (%)= 2,033521814065823
Viteza botului, m/s = 0
Viteza glonțului la ieșirea din bobină, m/s = 15,02403657199634
Viteza maximă atinsă, m/s = 15,55034094445013

Și apoi m-am așezat să realizez această vrăjitorie în realitate.

Am luat un tub de la antenă (una din secțiunile D = 5mm) și am făcut o tăietură în el (cu o râșniță), deoarece tubul este o bobină închisă în care vor fi induși curenți, blesteme, curenți turbionari și chiar asta. tubul va fi încălzit, reducând eficiența, care este deja scăzută.

Iată ce s-a întâmplat: fantă ~ 30 mm

A început înfășurarea bobinei. Pentru a face acest lucru, am decupat 2 pătrate (30x30 mm) din folie de fibră de sticlă și cu o gaură în centru (D = 5mm) și am gravat pe el urme dificile pentru a-l lipi pe tub (chiar dacă strălucește ca o bucată). de fier, este de fapt alamă).

Cu toate chestiile astea, m-am așezat să înfășuresc bobina:

Înfășurat. Și conform aceleiași scheme, am asamblat acest dispozitiv complicat.

Iată cum arată:

Tiristorul și mikrik-ul erau din stocuri vechi, dar am luat condensatorul de la o unitate de alimentare a computerului (există două). De la aceeași sursă de alimentare, s-au folosit ulterior o punte de diodă și un șoc transformat într-un transformator step-up, deoarece este periculos să se încarce de la o priză și nu este într-un câmp deschis și, prin urmare, am nevoie de un convertor, pe care îl am a început să construiască. Pentru a face acest lucru, am luat un generator asamblat anterior pe NE555:

Și l-a conectat la clapetă de accelerație:

care avea 2 înfăşurări de 54 de spire de 0,8 sârmă. Am alimentat totul de la o baterie de 6 volți. Și la urma urmei, ce magie - în loc de 6 volți la ieșire (înfășurările sunt aceleași), am primit până la 74 de volți. După ce am fumat încă un pachet de manuale despre transformatoare, am aflat:

- După cum știți, curentul din înfășurarea secundară este cu atât mai mare, cu cât curentul din înfășurarea primară se schimbă mai repede, adică. proporţional cu derivata tensiunii din înfăşurarea primară. Dacă derivata unei sinusoide este și o sinusoidă cu aceeași amplitudine (într-un transformator, valoarea tensiunii este înmulțită cu raportul de transformare N), atunci situația este diferită cu impulsurile dreptunghiulare. Pe marginile inițiale și posterioare ale pulsului trapezoidal, rata de modificare a tensiunii este foarte mare, iar derivata în acest punct are, de asemenea, mare importanță de aici tensiunea înaltă.

Gauss2k.narod.ru „Un dispozitiv portabil pentru încărcarea condensatoarelor”. Autor ADF

După puțină gândire, am ajuns la concluzia: deoarece tensiunea mea de ieșire este de 74 de volți, dar am nevoie de 200 atunci - 200/74 = de 2,7 ori numărul de spire trebuie mărit. Total 54 * 2,7 = 146 de ture. Am derulat una dintre înfășurări cu un fir mai subțire (0,45). Numărul de ture a crescut la 200 (în rezervă). M-am jucat cu frecvența convertorului și am obținut râvnitul 200 de volți (de fapt 215).

Iată cum arată:

Urât, dar aceasta este o opțiune temporară, apoi va fi refăcută.

După ce am adunat toate aceste lucruri, am făcut câteva fotografii:

După ce am tras, am decis să măsoare ce fel de caracteristici de performanță are arma mea. A început prin măsurarea vitezei.

După ce am stat seara cu hârtie și un pix, am venit cu o formulă care vă permite să calculați viteza de-a lungul traseului de zbor:

Cu această formulă complicată, am obținut:

Distanța țintă, x = 2,14 m
abatere verticală, y (media aritmetică a 10 lovituri) = 0,072 m
Total:

La început nu am crezut, dar ulterior am asamblat senzori de penetrare conectați placa de sunet, a arătat o viteză de 17,31 m/s

Mi-a fost prea lene să măsor masa unei garoafe (și nu există nimic) așa că am luat masa pe care mi-a calculat-o FEMM (2,45 grame). Eficiență găsită.

Energia stocată în condensator = (680 * 10^-6 * 200^2) / 2 = 13,6 J
Energia glonțului = (2,45 * 10^-3 * 17,3^2) / 2 = 0,367 J
Eficiență = 0,367 / 13,6 * 100% = 2,7%

Acesta este practic tot ceea ce este conectat cu un accelerator cu o singură treaptă. Iată cum arată:

Textul lucrării este plasat fără imagini și formule.
Versiunea completa munca este disponibilă în fila „Fișiere de lucru” în format PDF

1. Introducere.

Pistolul electromagnetic Gauss este cunoscut tuturor amatorilor jocuri pe calculatorși fantezie. A fost numit după fizicianul german Karl Gauss, care a explorat principiile electromagnetismului. Dar este până acum mortal? arma fanteziei din realitate?

Din cursul de fizică școlară, am învățat că un curent electric, care trece prin conductori, creează un câmp magnetic în jurul lor. Cu cât curentul este mai mare, cu atât câmpul magnetic este mai puternic. De cel mai mare interes practic este câmpul magnetic al unei bobine cu curent, cu alte cuvinte, un inductor (solenoid). Dacă o bobină cu curent este suspendată pe conductori subțiri, atunci aceasta va fi setată în aceeași poziție cu acul busolei. Aceasta înseamnă că inductorul are doi poli - nord și sud.

Pistolul Gauss este format dintr-un solenoid, în interiorul căruia se află un țevi dielectric. Un proiectil format dintr-un feromagnet este introdus într-unul dintre capetele țevii. Când curge curent electricîn solenoid apare un câmp magnetic, care accelerează proiectilul, „trăgându-l” în solenoid. În acest caz, la capetele proiectilului se formează poli care sunt simetrici față de polii bobinei, datorită cărora, după trecerea prin centrul solenoidului, proiectilul poate fi atras spre direcție inversăși încetinește.

Pentru cel mai mare efect, pulsul de curent din solenoid trebuie să fie pe termen scurt și puternic. De regulă, condensatorii electrici sunt utilizați pentru a obține un astfel de impuls. Parametrii înfășurării, proiectilului și condensatorilor trebuie să fie coordonați în așa fel încât atunci când proiectilul se apropie de solenoid, inducția câmpului magnetic în solenoid să fie maximă când proiectilul se apropie de solenoid, dar să scadă brusc pe măsură ce proiectilul se apropie.

Tunul Gauss ca armă are avantaje pe care alte tipuri nu le au brate mici. Aceasta este absența obuzelor, alegerea nelimitată a vitezei și energiei inițiale a muniției, posibilitatea lovitură tăcută, inclusiv fără schimbarea țevii și a muniției. Recul relativ scăzut (egal cu impulsul proiectilului aruncat, fără impuls suplimentar de la gazele propulsoare sau piesele mobile). Teoretic, o mai mare fiabilitate și rezistență la uzură, precum și capacitatea de a lucra în orice condiții, inclusiv în spațiul cosmic. De asemenea, este posibil să folosiți tunuri Gauss pentru a lansa sateliți ușori pe orbită.

Cu toate acestea, în ciuda aparentei sale simplități, folosirea acesteia ca armă este plină de dificultăți serioase:

Eficiență scăzută - aproximativ 10%. În parte, acest dezavantaj poate fi compensat prin utilizarea unui sistem de accelerare a proiectilului în mai multe etape, dar, în orice caz, eficiența ajunge rareori la 30%. Prin urmare, pistolul Gauss pierde chiar și în ceea ce privește puterea împușcăturii arme pneumatice. A doua dificultate este consumul mare de energie și suficient perioadă lungă de timp reîncărcarea cumulativă a condensatoarelor, care obligă o sursă de energie să fie transportată împreună cu pistolul Gauss. Este posibil să se mărească mult eficiența utilizând solenoizi supraconductori, dar acest lucru ar necesita un sistem de răcire puternic, care ar reduce foarte mult mobilitatea pistolului Gauss.

Timp mare de reîncărcare între focuri, adică cadență scăzută de tragere. Frica de umiditate, pentru că atunci când este ud, îl va șoca pe trăgător însuși.

Dar principala problemă este sursele puternice de putere ale armei, care sunt acest moment sunt voluminoase, ceea ce afectează portabilitatea

Astfel, astăzi tunul Gauss pentru arme cu putere distructivă scăzută (arme automate, mitraliere etc.) nu are prea multe perspective ca armă, deoarece este semnificativ inferior altor tipuri. brate mici. Perspectivele apar atunci când se folosește ca armă navală de calibru mare. Deci, de exemplu, în 2016, Marina SUA va începe să testeze un pistol pe apă. Un gun rail, sau rail gun, este o armă în care un proiectil este aruncat nu cu ajutorul unui exploziv, ci cu ajutorul unui impuls de curent foarte puternic. Proiectilul este situat între doi electrozi paraleli - șine. Proiectilul capătă accelerație datorită forței Lorentz, care apare atunci când circuitul este închis. Cu ajutorul unui pistol cu ​​șină, este posibil să dispersați un proiectil la viteze mult mai mari decât cu o încărcătură de pulbere.

Cu toate acestea, principiul accelerației electromagnetice a masei poate fi utilizat cu succes în practică, de exemplu, atunci când se creează instrumente de construcție - la zi și modern direcția fizicii aplicate. Dispozitivele electromagnetice care convertesc energia câmpului în energie de mișcare a corpului nu au fost încă găsite din diverse motive. aplicare largăîn practică, deci are sens să vorbim despre noutate munca noastra.

1.1 Relevanța proiectului: acest proiect este interdisciplinar și acoperă un numar mare de material, după ce am studiat ideea de a crea un model de lucru al pistolului Gauss.

1.2 Scopul muncii: pentru a studia dispozitivul unui accelerator de masă electromagnetic (pistol Gauss), precum și principiile funcționării și aplicării acestuia. Asamblați un model de lucru al tunului Gauss și determinați viteza proiectilului și impulsul acestuia.

Scopuri principale:

1. Luați în considerare dispozitivul în conformitate cu desenele și machetele.

2. Să studieze dispozitivul și principiul de funcționare al acceleratorului electromagnetic de masă.

3. Creați un model de lucru.

4. Determinați viteza proiectilului și impulsul acestuia.

Parte practică a lucrării:

Crearea unui model funcțional de accelerator de masă la domiciliu.

1.3 Ipoteza: Este posibil să creați acasă cel mai simplu model de funcționare al pistolului Gauss?

2. Pe scurt despre Gauss însuși.

Carl Friedrich Gauss (1777-1855) a fost un matematician, astronom, geodeză și fizician german. Lucrarea lui Gauss se caracterizează printr-o legătură organică între matematica teoretică și aplicată, amploarea problemelor. Lucrările lui Gauss au oferit influență mare cu privire la dezvoltarea algebrei (dovada teoremei fundamentale a algebrei), teoria numerelor (reziduuri pătratice), geometria diferențială (geometria internă a suprafețelor), fizica matematică (principiul Gauss), teoria electricității și magnetismului, geodezia (dezvoltarea metodei de cele mai mici pătrate) și multe ramuri ale astronomiei.

Carl Gauss s-a născut la 30 aprilie 1777 la Braunschweig, în prezent Germania. A murit la 23 februarie 1855, Göttingen, Regatul Hanovrei, acum Germania. În timpul vieții, i s-a acordat titlul onorific de „Prinț al Matematicienilor”. Era singurul fiu al unor părinți săraci. Profesorii au fost atât de impresionați de abilitățile sale matematice și lingvistice încât au apelat la Ducele de Brunswick pentru sprijin, iar ducele a dat bani pentru a-și continua studiile la școală și la Universitatea din Göttingen (în 1795-98). Gauss și-a primit doctoratul în 1799 de la Universitatea din Helmstedt.

Descoperiri în domeniul fizicii

În anii 1830-1840, Gauss a acordat multă atenție problemelor fizicii. În 1833, în strânsă colaborare cu Wilhelm Weber, Gauss a construit primul telegraf electromagnetic din Germania. În 1839, Gauss și-a publicat lucrarea „The General Theory of Attractive and Repulsive Forces Acting Inversely as the Square of Distance”, în care subliniază. principalele prevederi ale teoriei potenţialului şi demonstrează celebra teoremă Gauss-Ostrogradsky. Lucrarea „Dioptric Studies” (1840) de Gauss este dedicată teoriei imaginii în sisteme optice complexe

3. Formule legate de principiul de funcționare al pistolului.

Energia cinetică a proiectilului

unde: - masa proiectilului, - viteza acestuia

Energia stocată într-un condensator

unde: - tensiunea condensatorului, - capacitatea condensatorului

Timpul de descărcare a condensatorului

Acesta este timpul necesar pentru ca condensatorul să se descarce complet:

Timpul de funcționare al inductorului

Acesta este timpul în care EMF al inductorului crește la valoarea sa maximă (descărcarea completă a condensatorului) și scade complet la 0.

unde: - inductanța, - capacitatea

Unul dintre elementele principale ale pistolului Gauss este condensatorul electric. Condensatorii sunt polari și nepolari - aproape toți condensatorii capacitate mare folosit in acceleratoare magnetice, electrolitice și sunt polare. Adică, conexiunea corectă este foarte importantă - aplicăm o sarcină pozitivă la terminalul „+” și una negativă la „-”. Carcasa din aluminiu a condensatorului electrolitic, apropo, este și terminalul „-”. Cunoscând capacitatea condensatorului și tensiunea maximă a acestuia, puteți găsi energia pe care o poate acumula acest condensator

4. Partea practică

Inductorul nostru C are 30 de spire (3 straturi a câte 10 spire fiecare). Două condensatoare cu o capacitate totală de 450 microfarads. Modelul a fost asamblat după următoarea schemă: vezi Anexa 1.

Determinarea vitezei de zbor a unui proiectil care zboară din „țeava” modelului nostru, am efectuat-o empiric folosind un pendul balistic. Experimentul se bazează pe legile conservării impulsului și energiei.Deoarece viteza unui glonț atinge o valoare semnificativă, măsurarea directă a vitezei, adică determinarea timpului în care un glonț parcurge o distanță cunoscută nouă, necesită un echipament special. . Am măsurat viteza unui glonț indirect folosind impactul inelastic - un impact care face ca corpurile care se ciocnesc să se unească și să continue să se miște ca una singură. Un proiectil zburător suferă un impact neelastic cu un corp liber de masă mai mare. După impact, corpul începe să se miște cu o viteză care este cu atât mai mică decât viteza glonțului, cu cât masa glonțului este mai mică decât masa corpului.

Un impact inelastic se caracterizează prin faptul că energia potențială de deformare elastică nu apare, energia cinetică a corpurilor este convertită complet sau parțial în energie internă. După impact, corpurile care se ciocnesc fie se mișcă cu aceeași viteză, fie sunt în repaus. Pentru un impact perfect inelastic, legea conservării impulsului este îndeplinită:

unde este viteza corpurilor după interacţiune.

Legea conservării impulsului (momentul) se aplică dacă corpurile care interacționează formează un sistem mecanic izolat, adică un sistem care nu este afectat de forțe externe, sau forțe externe care acționează asupra fiecăruia dintre corpuri se echilibrează între ele, sau proiecții ale forțele externe pe o anumită direcție sunt egale cu zero.

Cu un impact inelastic, energia cinetică nu este conservată, deoarece o parte din energia cinetică a proiectilului este convertită în interiorul corpurilor care se ciocnesc, dar legea conservării energiei mecanice totale este îndeplinită și se poate scrie:

unde este creșterea energiei interne a corpurilor care interacționează.

4.1 Metodologia cercetării.

Pendulul balistic pe care l-am folosit este un bloc de lemn cu un strat de plastilină. Ţintă M suspendat pe două fire lungi aproape inextensibile. Pe țintă este montat un indicator laser, al cărui fascicul, atunci când pendulul este deviat (după impactul proiectilului), se deplasează de-a lungul scării orizontale (Fig. 1).

La o oarecare distanta de pendul se afla un tun Gauss. După impact, un proiectil de masă m rămâne blocat în țintă M. Sistemul proiectil-țintă este izolat pe direcția orizontală. De la lungime l firele sunt mult mai mari decât dimensiunile liniare ale țintei, atunci sistemul proiectil-țintă poate fi considerat ca un pendul matematic. După ce un proiectil lovește, centrul de masă al sistemului „proiectil-țintă” se ridică la o înălțime h.

Pe baza legii conservării impulsului în proiecție pe axa x (vezi Fig. 1), avem:

Unde este viteza proiectilului, este viteza proiectilului și a pendulului.

Neglijând frecarea în suspensia pendulului și forța de rezistență a aerului, pe baza legii conservării energiei, putem scrie:

unde este înălțimea sistemului după impact.

Valoarea lui h poate fi determinată din măsurători ale abaterii pendulului de la poziția de echilibru după ce glonțul lovește ținta (Fig. 2):

unde a este unghiul de abatere al pendulului de la poziția de echilibru.

Pentru unghiuri mici de deviere:

unde este deplasarea orizontală a pendulului.

Înlocuind ultima formulă la proiecția legii conservării impulsului pe axă, găsim:

4.2 Rezultatele măsurătorilor.

Am determinat masa m a proiectilului cântărind pe o cântar mecanic de laborator:

m = 3 g. = 0,003 kg.

Masa M a țintei cu un strat de plastilină și un indicator laser este dată în descrierea configurației laboratorului.

M = 297 g. = 0,297 kg.

Lungimile firelor de suspensie trebuie să fie aceleași, iar axa de rotație trebuie să fie strict orizontală.

În această parte, am măsurat lungimea firelor folosind o riglă.

l \u003d 147 cm \u003d 1,47 m.

După împușcarea tunului Gauss încărcat cu un proiectil, se determină vizual faptul că glonțul a lovit centrul pendulului.

Pentru calcule ulterioare, notăm pe scară poziția n 0 a indicatorului luminos în starea de echilibru a țintei și poziția n a indicatorului luminos la abaterea maximă a pendulului și găsim deplasarea S = (n - n 0). ) pendulului.

Măsurătorile au fost efectuate de 5 ori. În acest caz, focuri repetate au fost efectuate numai la o țintă fixă. Rezultatele măsurătorilor sunt prezentate mai jos:

S cf = = 14 mm = 0,014 m,

și a calculat viteza ʋ 0 a proiectilului prin formula.

U 0 = =12,96 km/h

Determinarea erorilor de măsurare. Definiția se face după formula: , unde l₀ este valoarea medie a lungimii, Δ l este valoarea medie a erorii. Am determinat deja valoarea medie a lungimii în pașii anteriori, așa că rămâne să stabilim valoarea medie a erorii. O vom determina prin formula: Δ l = Acum putem atribui o valoare a lungimii cu o eroare: Găsirea impulsului proiectilului. Momentul este determinat de formula: , unde este viteza proiectilului.Inlocuim valorile:

5. Concluzie.

Scopul lucrării noastre a fost de a studia dispozitivul unui accelerator de masă electromagnetic (pistol Gauss), precum și principiile de funcționare și aplicare a acestuia, precum și fabricarea unui model de lucru al pistolului Gauss și de a determina viteza proiectil. Rezultatele prezentate de noi arată că am realizat un model experimental de funcționare al unui accelerator de masă electromagnetic (pistol Gauss). În același timp, am simplificat schemele disponibile pe Internet și modelul a fost adaptat pentru a funcționa într-o rețea industrială standard AC. Munca noastră ne permite să tragem următoarele concluzii:

1. Este foarte posibil să asamblați acasă un prototip funcțional al unui accelerator de masă electromagnetic.

2. Utilizarea accelerației electromagnetice de masă are perspective mari în viitor.

3. Armele electromagnetice pot deveni un înlocuitor demn pentru armele de foc de calibru mare. Acest lucru va fi posibil mai ales atunci când se creează surse de energie compacte.

6. Resurse informaţionale:

Wikipedia http://ru.wikipedia.org

Nou arme electromagnetice 2010 http://vpk. nume/știri/40378_novoe_elektromagnitnoe_oruzhie_vyizyivaet_vseobshii_interes. html

13.394 de vizualizări

Un model puternic al celebrului pistol Gauss, pe care îl puteți realiza cu propriile mâini din mijloace improvizate, este mulțumit. Acest pistol Gauss de casă este realizat foarte simplu, are un design ușor, fiecare iubitor de casă și amator de radio poate găsi toate piesele folosite. Cu ajutorul programului de calcul al bobinei, puteți obține puterea maximă.

Deci, pentru a face tunul Gauss, avem nevoie de:

1. Bucata de placaj.
2. Foaie de plastic.
3. Tub din plastic pentru bot ∅5 mm.
4. Sârmă de cupru pentru bobină ∅0,8 mm.
5. Condensatoare electrolitice mari
6. butonul de start
7. Tiristor 70TPS12
8. Baterii 4X1.5V
9. Lampa cu incandescenta si priza pentru el 40W
10. Dioda 1N4007

Asamblarea corpului pentru schema pistolului Gauss

Forma carcasei poate fi orice, nu este necesar să se respecte schema prezentată. Pentru a da carcasei un aspect estetic, o poti vopsi cu vopsea spray.

Instalarea pieselor în carcasă pentru Gauss Cannon

Pentru început, montam condensatorii, în acest caz au fost fixați pe legături din plastic, dar vă puteți gândi la un alt suport.

Apoi instalăm cartuşul pentru lampa incandescentă pe exteriorul carcasei. Nu uitați să conectați două fire de alimentare la el.

Apoi plasăm compartimentul bateriei în interiorul carcasei și îl fixăm, de exemplu, cu șuruburi pentru lemn sau în alt mod.

Înfășurare bobină pentru tunul Gauss

Pentru a calcula bobina gaussiană, puteți folosi programul FEMM, puteți descărca programul FEMM de pe acest link https://code.google.com/archive/p/femm-coilgun

Utilizarea programului este foarte ușoară, trebuie să introduceți parametrii necesari în șablon, să-i încărcați în program, iar la ieșire obținem toate caracteristicile bobinei și viitorului pistol în ansamblu, până la viteza proiectil.

Așadar, să începem să curgă! Mai întâi trebuie să luați tubul pregătit și să înfășurați hârtie în jurul lui folosind adeziv PVA, astfel încât diametrul exterior al tubului să fie de 6 mm.

Apoi găurim în centrul segmentelor și le punem pe tub. Fixați-le cu lipici fierbinte. Distanța dintre pereți trebuie să fie de 25 mm.

Punem bobina pe butoi și trecem la pasul următor ...

Schema Gauss Cannon. Asamblare

Asamblam circuitul in interiorul carcasei prin montare la suprafata.

Apoi instalăm butonul pe carcasă, găurim două găuri și filem firele pentru bobină acolo.

Pentru a simplifica utilizarea, puteți face un suport pentru pistol. În acest caz, a fost realizat dintr-un bloc de lemn. În această versiune a căruciorului, au fost lăsate goluri de-a lungul marginilor cilindrului, acest lucru este necesar pentru a regla bobina, mișcând bobina, puteți obține cea mai mare putere.

Obuzele de tun sunt realizate dintr-un cui metalic. Segmentele sunt realizate cu 24 mm lungime și 4 mm în diametru. Semnele de muniție trebuie ascuțite.

Acceleratorul electromagnetic de masă Gauss, numit după genialul fizician german. Johann Carl Friedrich Gauss este considerat cel mai mare matematician al tuturor timpurilor, dar în cercurile radioamatorilor el este renumit nu pentru teoreme și formule matematice, ci pentru acceleratorul de masă Gauss.
Astăzi va fi luată în considerare una dintre cele mai simple variante ale acceleratorului gaussian. De data aceasta nu vom folosi convertoare complexe de tensiune, deoarece circuitul va fi alimentat direct de la rețeaua de 220 de volți.

Pentru început, vreau să vă avertizez că întregul circuit este sub tensiune, așa că fiți extrem de atenți și respectați toate regulile de siguranță, asigurați-vă că toți condensatorii sunt descărcați înainte de a efectua lucrările de instalare.

Puterea circuitului depinde de capacitatea unui condensator nepolar cu 1,5 microfaradi, cu cât capacitatea acestuia este mai mare, cu atât electroliții vor fi încărcați mai repede.
O lampă incandescentă limitează curentul, poate fi înlocuită cu un rezistor de 10 wați cu o rezistență de 470 Ohm-1 kOhm.

Solenoidul sau bobina este partea principală a pistolului. Solenoidul este înfășurat pe un cadru de plastic cu un diametru interior de 5-7 mm (este convenabil să folosiți rame de la pixuri). Lungime rama 15-25 cm. Super adeziv a fost folosit pentru a atașa bobinele.

Bobina în acest caz conține 55 de spire, firul este folosit cu un diametru de 0,6 mm. Înfășurarea se face pe rânduri, fiecare rând este format din 10-12 spire, rezultând 5 straturi de înfășurare.

După cum sa menționat deja, circuitul este încărcat direct din rețea. Încărcarea este destul de simplă, constă doar din trei componente.
Diode - orice redresor, ridicați cu o tensiune de peste 400 de volți. puteți folosi și diode cu impulsuri, dar nu are rost, deoarece frecvența este de numai 50 Hertz, iar redresoarele convenționale fac față unui bang.
Un condensator cu o tensiune de 400 volți, o capacitate de 1,5 microfarad, dar care poate fi selectat prin experimente.
Bucățile de cuie cu o lungime de 3 cm pot servi drept scoici, ridică un diametru de 3-4 mm.
Contactorul este un buton pentru 15-30 Amperi, prin el curentul de la condensator este descărcat la solenoid.

Setare
Reglarea constă în fazarea corectă a bobinei. Deoarece un curent continuu este descărcat către solenoid, trebuie respectată polaritatea conexiunii, altfel proiectilul va zbura înapoi.
Condensatoarele electrolitice trebuie să aibă o tensiune nominală de 400 volți.

Montare
Baza - suportul de aluminiu de pe hard disk. Înainte de a începe, trebuie să verificați circuitul.

Din experiența mea - verificați mai întâi performanța condensatorilor și diodelor, în cazul meu, diodele nu au fost testate, așa că prima dată când l-am pornit a fost focul de artificii de Anul Nou ...
Este indicat să folosiți baze din plastic sau din lemn, în cazul meu pur și simplu nu existau așa ceva la îndemână.
Pistolul nu este cel mai puternic, dar poate fi folosit pentru a efectua o serie de experimente interesante, pentru a înțelege principiul de funcționare a multor dispozitive.
Proiectilul zboară cu 10-15 metri, în general depinde de capacitatea condensatorului.

Lista elementelor radio

Desemnare	Tip de	Denumire	Cantitate	Notă	Scor	Blocnotesul meu
VD1, VD2	dioda redresoare	1N4007	2			La blocnotes
C1		1,5uF	1			La blocnotes
C2	condensator electrolitic	680uF 400V	1			La blocnotes
R1	Rezistor	560 ohmi	1	10 wați		La blocnotes
L1	Inductor		1