ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ОБЛАСТНАЯ АКАДЕМИЯ (НАЯНОВОЙ)»

Всероссийский конкурс исследовательских работ

«Познание-2015»

(Секция физика)

Научно-исследовательская работа

по теме: «« из ГОТОВЛЕНИЕ ПУШКИ ГАУССА В ДОМАШНИХ УСЛОВИЯ И ИССЛЕДОВАНИЕ ЕЕ ХАРАКТЕРИСТИК »

направлению: физика

Выполнил:

Ф. И.О. Егоршин Антон

Мурзин Артем

СГОАН, 9 «А2» класс

учебное заведение, класс

Научный руководитель:

Ф. И.О. Завершинская И. А .

к. п.н., преподаватель физики

зав. кафедры физики СГОАН

(уч. степень, должность)

Самара 2015

1. Введение…………………………………………………….......…3

2. Краткая биография…………………………………………..……5

3. Формулы, для расчета характеристик модели Пушки Гаусса...6

4. Практическая часть…………………………………….…..…….8

5. Определение КПД модели…………………………………..….10

6. Дополнительные исследования…………….…………….….…11

7. Заключение……………………………………………….……...13

8. Список литературы……………………………………………...14

Введение

В данной работе мы исследуем пушку Гаусса, которою многие могли видеть в некоторых компьютерных играх. Электромагнитная пушка Гаусса известна всем любителям компьютерных игр и фантастики. Назвали ее в честь немецкого физика Карла Гаусса, исследовавшего принципы электромагнетизма. Но так ли уж далеко смертельное фантастическое оружие от реальности?

Из курса школьной физики мы узнали, что электрический ток, проходя по проводникам, создает вокруг них магнитное поле. Чем больше ток, тем сильнее магнитное поле. Наибольший практический интерес представляет собой магнитное поле катушки с током, иначе говоря, катушки индуктивности (соленоид). Если катушку с током подвесить на тонких проводниках, то она установится в то же положение, в котором находится стрелка компаса. Значит, катушка индуктивности имеет два полюса - северный и южный.

Пушка Гаусса состоит из соленоида, внутри которого находится ствол из диэлектрика. В один из концов ствола вставляется снаряд, сделанный из ферромагнетика. При протекании электрического тока в соленоиде возникает магнитное поле, которое разгоняет снаряд, «втягивая» его внутрь соленоида. На концах снаряда при этом образуются полюса, симметричные полюсам катушки, из-за чего после прохода центра соленоида снаряд может притягиваться в обратном направлении и тормозиться.

Для наибольшего эффекта импульс тока в соленоиде должен быть кратковременным и мощным. Как правило, для получения такого импульса используются электрические конденсаторы. Параметры обмотки, снаряда и конденсаторов должны быть согласованы таким образом, чтобы при выстреле к моменту подлета снаряда к соленоиду индуктивность магнитного поля в соленоиде была максимальна, но при дальнейшем приближении снаряда резко падала.

Пушка Гаусса в качестве оружия обладает преимуществами, которыми не обладают другие виды стрелкового оружия . Это отсутствие гильз, неограниченность в выборе начальной скорости и энергии боеприпаса , возможность бесшумного выстрела, в том числе без смены ствола и боеприпас. Относительно малая отдача (равная импульсу вылетевшего снаряда, нет дополнительного импульса от пороховых газов или движущихся частей). Теоретически, большая надежность и износостойкость, а также возможность работы в любых условиях, в том числе космического пространства. Также возможно применение пушек Гаусса для запуска легких спутников на орбиту.

Однако, несмотря на кажущуюся простоту, использование её в качестве оружия сопряжено с серьёзными трудностям:

Низкий КПД – около 10 %. Отчасти этот недостаток можно компенсировать использованием многоступенчатой системы разгона снаряда, но в любом случае КПД редко достигает 30%. Поэтому пушка Гаусса по силе выстрела проигрывает даже пневматическому оружию. Вторая трудность – большой расход энергии и достаточно длительное время накопительной перезарядки конденсаторов, что заставляет вместе с пушкой Гаусса носить и источник питания. Можно значительно увеличить эффективность, если использовать сверхпроводящие соленоиды, однако это потребует мощной системы охлаждения , что значительно уменьшит мобильность пушки Гаусса.

Высокое время перезаряда между выстрелами, то есть низкая скорострельность. Боязнь влаги, ведь намокнув, она поразит током самого стрелка.

Но главная проблема это мощные источники питания пушки, которые на данный момент являются громоздкими, что влияет на мобильность.

Таким образом, на сегодняшний день пушка Гаусса для орудий с малой поражающей способностью (автоматы, пулеметы и т. д.) не имеет особых перспектив в качестве оружия, так как значительно уступает другим видам стрелкового вооружения. Перспективы появляются при использовании ее как крупно-калиберного орудия военно-морского. Так например, в 2016 году ВМС США приступят к испытаниям на воде рельсотрона. Рельсотрон, или рельсовая пушка - орудие, в котором снаряд выбрасывается не с помощью взрывчатого вещества, а с помощью очень мощного импульса тока. Снаряд располагается между двумя параллельными электродами - рельсами. Снаряд приобретает ускорение за счёт силы Лоренца, которая возникает при замыкании цепи. С помощью рельсотрона можно разогнать снаряд до гораздо больших скоростей, чем с помощью порохового заряда.

Однако, принцип электромагнитного ускорения масс можно с успехом использовать на практике, например, при создании строительных инструментов - актуальное и современное направление прикладной физики . Электромагнитные устройства, преобразующие энергию поля в энергию движения тела, в силу разных причин ещё не нашли широкого применения на практике, поэтому имеет смысл говорить о новизне нашей работы.

Актуальность проекта : данный проект является междисциплинарным и охватывает большое количество материала.

Цель работы : изучить устройство электромагнитного ускорителя масс (пушки Гаусса), а также принципы его действия и применение. Собрать действующую модель Пушки Гаусса и определить ее КПД.

Основные задачи :

1. Рассмотреть устройство по чертежам и макетам.

2. Изучить устройство и принцип действия электромагнитного ускорителя масс.

3. Создать действующую модель.

4. Определить КПД модели

Практическая часть работы :

Создание функционирующей модели ускорителя масс в условиях дома.

Гипотеза : возможно ли создание простейшей функционирующей модели Пушки Гаусса в условиях дома?

Кратко о самом Гауссе.

(1777-1855) - немецкий математик, астроном, геодезист и физик.

Для творчества Гаусса характерна органическая связь между теоретической и прикладной математикой, широта проблематики. Труды Гаусса оказали большое влияние на развитие алгебры (доказательство основной теоремы алгебры), теории чисел (квадратичные вычеты), дифференциальной геометрии (внутренняя геометрия поверхностей), математической физики (принцип Гаусса), теории электричества и магнетизма, геодезии (разработка метода наименьших квадратов) и многих разделов астрономии .

Карл Гаусс родился 30 апреля 1777, Брауншвейг, ныне Германия. Скончался 23 февраля 1855, Геттинген, Ганноверское королевство, ныне Германия). Еще при жизни он был удостоен почетного титула «принц математиков». Он был единственным сыном бедных родителей. Школьные учителя были так поражены его математическими и лингвистическими способностями, что обратились к герцогу Брауншвейгскому с просьбой о поддержке, и герцог дал деньги на продолжение обучения в школе и в Геттингенском университете (в 1795-98). Степень доктора Гаусс получил в 1799 в университете Хельмштедта.

Открытия в области физики

В 1830-1840 годы Гаусс много внимания уделяет проблемам физики. В 1833 в тесном сотрудничестве с Вильгельмом Вебером Гаусс строит первый в Германии электромагнитный телеграф. В 1839 выходит сочинение Гаусса «Общая теория сил притяжения и отталкивания, действующих обратно пропорционально квадрату расстояния», в которой излагает. основные положения теории потенциала и доказывает знаменитую теорему Гаусса-Остроградского. Работа «Диоптрические исследования» (1840) Гаусса посвящена теории построения изображений в сложных оптических системах.

Формулы, связанные с принципом действия пушки.

Кинетическая энергия снаряда

https://pandia.ru/text/80/101/images/image003_56.gif" alt="~m" width="17"> - масса снаряда
- его скорость

Энергия, запасаемая в конденсаторе

https://pandia.ru/text/80/101/images/image006_39.gif" alt="~U" width="14" height="14 src="> - напряжение конденсатора

https://pandia.ru/text/80/101/images/image008_36.gif" alt="~T = {\pi\sqrt{LC} \over 2}" width="100" height="45 src=">

https://pandia.ru/text/80/101/images/image007_39.gif" alt="~C" width="14" height="14 src="> - ёмкость

Время работы катушки индуктивности

Это время за которое ЭДС катушки индуктивности возрастает до максимального значения (полный разряд конденсатора) и полностью падает до 0.

https://pandia.ru/text/80/101/images/image009_33.gif" alt="~L" width="13" height="14 src="> - индуктивность

https://pandia.ru/text/80/101/images/image011_23.gif" alt="индуктивность многослойной катушки, формула" width="201" height="68 src=">

Индуктивность рассчитаем с учетом наличия внутри катушки гвоздя. Поэтому относительную магнитную проницаемость возьмем примерно 100-500. Для изготовления пушки мы изготовили самостоятельно катушку индуктивности с количеством витков 350 (7 слоев по 50 витков, каждый), получили катушку индуктивностью 13,48 мкГн.

Сопротивление проводов рассчитаем по стандартной формуле .

Чем меньше сопротивление, тем лучше. На первый взгляд кажется, что провод большого диаметра лучше, однако это вызывает увеличение геометрических размеров катушки и уменьшение плотности магнитного поля в её середине, так что тут придется искать свою золотую середину.

Из анализа литературы мы пришли к выводу, что для пушки Гаусса, изготавливаемую в домашних условиях медный намоточный провод диаметром 0,8-1,2 мм является вполне приемлемым.

Мощность активных потерь находится по формуле [Вт] Где: I – ток в амперах, R – активное сопротивление проводов в омах.

В этой работе мы не предполагали измерение силы тока и расчет потерь, это вопросы будущей работы, где мы планируем определить ток и энергию катушки..jpg" width="552" height="449">.gif" width="12" height="23"> ; https://pandia.ru/text/80/101/images/image021_8.jpg" width="599 height=906" height="906">

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КПД МОДЕЛИ.

Для определения КПД мы провели следующий опыт: стреляли снарядом известной массы в яблоко, известной массы. Яблоко было подвешено на нити длиной 1 м. мы определяли расстояние, на которое отклонится яблоко. По данному отклонению определяем высоту подъема, воспользовавшись теоремой Пифагора.

Результаты опытов по расчёту КПД

Таблица№1

Основные расчеты основаны на законах сохранения:

По закону сохранения энергии определим скорость снаряда, вместе с яблоком:

https://pandia.ru/text/80/101/images/image024_15.gif" width="65" height="27 src=">

https://pandia.ru/text/80/101/images/image026_16.gif" width="129" height="24">

https://pandia.ru/text/80/101/images/image029_14.gif" width="373" height="69 src=">

0 " style="border-collapse:collapse">

Из таблицы видно, что сила выстрела зависит от типа снаряда и от его массы, так как сверло весит столько же, сколько и 4 иглы вместе, но оно толще, цельнее, поэтому его кинетическая энергия больше.

Степени пробития снарядами разных тел:

Тип мишени: тетрадный лист.

Тут все понятно, лист пробивается идеально.

Тип мишени: тетрадь в 18 листов .

Сверло мы брать не стали, так как оно тупое, но отдача существенная.

В данном случае снарядам хватило энергии, чтобы пробить тетрадь, но не хватило ее, чтобы преодолеть силу трения и вылететь с другой стороны. Здесь многое зависит от пробивной способности снаряда, то есть формы, и от его шероховатости.

Заключение.

Целью нашей работы являлось изучение устройства электромагнитного ускорителя масс (пушки Гаусса), а также принципы его действия и применение. Собрать действующую модель Пушки Гаусса и определить ее КПД.

Цель мы достигли : изготовили экспериментальную действующую модель электромагнитного ускорителя масс (пушки Гаусса), упростив схемы, имеющиеся в интернете, и адаптировав модель к сети переменного тока стандартных характеристик.

Определили КПД полученной модели. КПД оказался равным примерно 1%. КПД имеет малое значение, что подтверждает все, что мы узнали из литературы.

Проведя исследование, мы сделали для себя следующие выводы:

1. Собрать работающий прототип электромагнитного ускорителя масс в домашних условиях вполне реально.

2. Использование электромагнитного ускорения масс имеет большие перспективы в будущем.

3. Электромагнитное оружие может стать станет достойной заменой крупнокалиберному огнестрельному орудию, Особенно это будет возможным при создании компактных источников энергии.

Список литературы:

1. Википедия http://ru. wikipedia. org

2. Основные виды ЭМО (2010) http://www. gauss2k. narod. ru/index. htm

3. Новое электромагнитное оружие 2010

http://vpk. name/news/40378_novoe_elektromagnitnoe_oruzhie_vyizyivaet_vseobshii_interes. html

4. Все о Пушке Гаусса
http://catarmorgauss. ucoz. ru/forum/6-38-1

5. www. popmech. ru

6. gauss2k. narod. ru

7. www. physics. ru

8. www. sfiz. ru

12. Физика: учебник для 10 класса с углубленным изучением физики/ , и др.; под ред. , . – М.: Просвещение, 2009.

13. Физика: учебник для 11 класса с углубленным изучением физики/ , и др.; под ред. , . – М.: Просвещение, 2010.

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа с углубленным изучением отдельных предметов № 1
Тема: Создание экспериментальной установки «Пушка Гаусса»
Выполнил: Ворошилин Антон
Колтунов Василий
Руководитель: Буздалина И. Н.
Воронеж
2017 г.
Оглавление
Введение
1. Теоретическая часть
1.1 Принцип работы.
1.2 История создания.
2. Практическая часть
2.1 Параметры установки
2.2 Вычисление скорости
2.3 Характеристики катушки
Вывод

Введение
Актуальность работы
На протяжении всего периода своего существования человек стремился создавать все более совершенные инструменты. Первые из них помогали человеку более эффективно осуществлять хозяйственную деятельность, другие – осуществляли защиту результатов этой хозяйственной деятельности от посягательств соседей.
В этой работе мы рассмотрим возможность создания и практического применения электромагнитных ускорителей.
Копьё, лук, булава, но вот первые пушки, пистолеты, ружья. На протяжении всего периода человеческого развития развивалось и оружие. И вот уже на смену простейшим кремниевым ружьям пришли автоматические винтовки. Возможно, в будущем и они будут заменены новым видом оружия, например, электромагнитным. Чтобы жить в мире и избегать различных военных конфликтов, сильное государство должно защищать интересы своих граждан, а для этого в своём арсенале оно должно иметь мощное средство обороны, способное защитить от нападения из любой точки нашей планеты. С этой целью нужно двигаться вперед и развивать вооружение. За развитием технологий в военной технике, как известно, следует развитие технологий, используемых населением и в быту.
Одни из самых распространенных видов орудий – это пушки и ружья, использующие энергию, выделяемую при сжигании пороха. Но будущее за электромагнитным оружием, в котором тело приобретает кинетическую энергию за счет энергии электромагнитного поля. Преимуществ этого оружия достаточно.
Рассмотрим положительные стороны использования электромагнитного ускорителя в качестве оружия:
- отсутствие звука при выстреле,
- потенциально большая скорость,
- большая точность,
- большее поражающее действие,
Отрицательные стороны:
- низкий КПД на данный момент;
- большое потребление энергии, громоздкость.
Технологию создания электромагнитной пушки можно использовать для развития транспорта, в частности, для запуска спутников на орбиту. Более совершенные аккумуляторы могут дать толчок развитию экологически чистых способов получения электроэнергии (например, солнечной).
Можно предположить, что развитие этого перспективного вида оружия подтолкнёт человечество не столько к разрушению, сколько к созиданию.

Цель работы:
Создать рабочую модель полноразмерной пушки Гаусса и изучить ее свойства.
Задачи работы:
Изучить целесообразность использования данного вида оружия в реальных условиях.
Измерить КПД установки
Исследовать зависимость массы снаряда и его поражающих свойств.
Гипотеза: Создать рабочую модель пушки Гаусса - модели электромагнитного оружия возможно.

Теоретическая часть.
Принцип работы
Пушка Гаусса состоит из соленоида, внутри которого находится ствол из диэлектрика. В один из концов ствола вставляется снаряд, сделанный из ферромагнетика. При протекании электрического тока в соленоиде возникает магнитное поле (рис. 1), которое разгоняет снаряд, «втягивая» его внутрь соленоида. На концах снаряда при этом образуются полюса, ориентированные согласно полюсам катушки, из-за чего после прохода центра соленоида снаряд притягивается в обратном направлении, то есть тормозится. Для наибольшего эффекта импульс тока в соленоиде должен быть кратковременным и мощным. Как правило, для получения такого импульса используются электролитические конденсаторы с высоким рабочим напряжением.
Параметры ускоряющих катушек, снаряда и конденсаторов должны быть согласованы таким образом, чтобы при выстреле к моменту подлета снаряда к соленоиду индукция магнитного поля в соленоиде была максимальна, но при дальнейшем приближении снаряда резко падала.

Рис. 1 - правило «правой руки»
История создания.
Электромагнитные пушки разделяют на следующие виды:
Рельсотрон – электромагнитный ускоритель масс, разгоняющий токопроводящий снаряд вдоль двух металлических направляющих с помощью силы Лоренца.
Пушка Гаусса названа по имени немецкого учёного Карла Гаусса, заложившего основы математической теории электромагнетизма. Следует иметь в виду, что этот метод ускорения масс используется в основном в любительских установках, так как не является достаточно эффективным для практической реализации.
Первый работающий образец электромагнитной пушки был разработан норвежским ученым Кристианом Биркелендом в 1904 году и представлял собой примитивное устройство, чьи характеристики были отнюдь не блестящи. В конце Второй Мировой немецкие ученые выдвинули идею о создании электромагнитной пушки для борьбы с самолетами противника. Ни одна из этих пушек так и не была построена. Как выяснили американские ученые, энергии, необходимой для работы каждой такой пушки, было бы достаточно для освещения половины Чикаго. В 1950 году австралийский физик Марк Олифан запустил создание пушки мощность 500 МДж, которая была готова в 1962 году и использовалась для научных экспериментов.
В середине 2000-х американские военные начали разработку боевого экземпляра электромагнитной пушки для своего флота. Они планируют оснастить большое количество кораблей таким типом орудий к 2020 году (рис. 2).
151765112395
рис. 2 - корабль USS Zumwalt, на который планируется установка электромагнитного вооружения

8255207645
(рис. 3 - Карл Гаусс)
Карл Гаусс (1777 - 1855) - немецкий ученый, чьи заслуги перед мировой наукой сложно переоценить. На протяжении своей жизни он был известен как механик, астроном, математик, геодезист, физик. Карл Гаусс заложил основы теории об электромагнитном взаимодействии. Действие рассматриваемого ускорителя масс основано на электромагнитном взаимодействии, поэтому он был назван в честь человека, заложившего основы понимания данного явления.

2.1 Параметры установки
Формулы для вычисления основных параметров установки
Кинетическая энергия снаряда
E=mv22m - масса снаряда
v- его скорость
Энергия, запасаемая в конденсаторе
E=CU22U- напряжение конденсатора
C - ёмкость конденсатора
Время разряда конденсаторов
Это время, за которое конденсатор полностью разряжается:
T=2πLCL - индуктивность
317533401000C - ёмкость
рис. 4 - схема установки
2.2 Вычисление скорости
Скорость полета снаряда вычислили опытным путем. На расстоянии 1 м от установки установили преграду, а затем произвели выстрел. В это время на диктофон записывался звук от момента выстрела до момента попадания снаряда в преграду. После чего загрузили аудиофайл в программу для редактирования звука и по данным диаграммы (рис. 5) вычислили время полета снаряда до цели. Считали, что звук распространяется мгновенно и без отражения в виду маленького расстояния от установки до преграды и маленького размера помещения, где производилось измерение.

Рис. 5 - изображение, полученное на компьютере
Рассчитаем параметры катушки, генерирующей магнитное поле. Система конденсатор-обмотка является колебательным контуром.
Найдем его период колебаний. Время первого полупериода колебаний равно времени, которое гвоздь летит от начала обмотки до её середины, а так как гвоздь изначально покоился, то примерно это время равно длине обмотки деленной на скорость полета снаряда.
Получили, что время полета снаряда t = 0,054 с
Вычислим скорость полета снаряда:
v= St= 18,5 м/сВычислим КПД установки:
η= mv2CU2∙100%=1,13 % . Полезная энергия равна 1,8 Дж.
КПД собранной установки является приемлемым для любительской установки.
2.3 Характеристики катушки
right4445
Кол-во витков: ~ 280
Радиус: 2R = 12; w = 8 мм
Длина обмотки: l - 41 мм
Рассчитаем индуктивность катушки:
L=μ0∙N2R22π(6R+9l+10w)μ0 - относительная магнитная проницаемость стального гвоздя, примерно равная 100.
L = 14.4 мкГн

Рис. 6 - готовая установка

Вывод
В ходе выполнения работы были успешно достигнуты все цели, поставленные нами изначально.
Мы убедились, что, обладая знаниями физики, полученными в школе, можно создать действующие электромагнитное оружие.
Была экспериментально установлена скорость полета снаряда при помощи метода, изобретенного самостоятельно.
Был измерен КПД экспериментальной установки. Он равняется 1,13%. Полученные данные позволяют сделать вывод о том, что в реальных условиях данный вид оружия не будет иметь успешного применения в виду низкого КПД. Эффективное практическое применение будет возможно лишь тогда, когда будут изобретены материалы, позволяющие рассеивать энергию эффективнее, чем медь.

Как-то на просторах интернета я нашел статью про Гаусс пушку и задумался над тем, что неплохо было бы заиметь себе одну (или даже две). В процессе поиска наткнулся я на сайт gauss2k и по простейшей схеме собрал супер-крутую-мега-гаусс-пушку.

Вот она:

И немного пострелял:

И взяла меня тут грусть-печаль сильная о том, что не супер-крутая пушка у меня, а так – пукалка, каких много. Сел я и начал думать, как же мне кпд повысить. Долго думал. Год. Прочитал весь гаусс2к и пол евойного форума. Придумал.

Оказывается, есть программа, написанная учеными заморскими, да нашими умельцами под гаусс пушечку допиленная, и зовется она не иначе как FEMM .

Скачал я с форума .lua скрипт да программу заморскую 4.2 версии и приготовился удариться в расчеты научные. Но не тут-то было, не захотела программа заморская запускать скрипт русский, ибо скрипт под 4.0 версию сделан был. И открыл я инструкцию (у них мануалом она зовется) на языке буржуинском и воскурил ее полностью. Открылась мне истина великая о том, что в скрипт, окаянный, нужно вначале добавить строку хитрую.

Вот она: setcompatibilitymode(1) -- включаем режим совместимости с версией femm 4.2
И засел я за расчеты долгие, загудела машина моя счетная, и получил описание я ученое:

Описание

Емкость конденсатора, микроФарад= 680
Напряжение на конденсаторе, Вольт = 200
Сопротивление общее, Ом = 1.800147899376892
Внешнее сопротивление, Ом = 0.5558823529411765
Сопротивление катушки, Oм = 1.244265546435716
Количество витков в катушке = 502.1193771626296
Диаметр обмоточного провода катушки, милиметр = 0.64
Длина провода в катушке, метр = 22.87309092387464
Длина катушки, милиметр = 26
Внешний диаметр катушки, милиметр = 24
Индуктивность катушки с пулей в начальном положении, микроГенри= 1044.92294174225
Внешний диаметр ствола, милиметр = 5
Масса пули, грамм = 2.450442269800038
Длина пули, милиметр = 25
Диаметр пули, милиметр = 4
Расстояние, на которое в начальный момент вдвинута пуля в катушку, милиметр = 0
Материал из которго сделана пуля = № 154 Экпериментально подобранный материал (простое железо)
Время процесса (микросек)= 4800
Приращение времени, микросек=100
Энергия пули Дж = 0.2765589667129519
Энергия конденсатора Дж = 13.6
КПД гауса(%)= 2.033521814065823
Начальная скорость пули, м/с = 0
Скорость пули на выходе из катушки, м/с= 15.02403657199634
Максимальная скорость, которая была достигнута, м/с = 15.55034094445013

И тут я сел реализовывать сие колдунство в реальность.

Взял трубку от антенны (одна из секций D = 5mm) и сделал в ней пропил (болгаркой), ибо трубка это замкнутый виток в котором будут наводиться токи окаянные, вихревыми зовущиеся, и будут эту самую трубку нагревать, снижая КПД, который и так невысок.

Вот что получилось: прорезь ~ 30 мм

Начал мотать катушку. Для этого вырезал из фольгированного стеклотекстолита 2 квадрата (30х30 мм) да с отверстием в центре (D = 5мм) и дорожки на нем вытравил хитрые, чтобы к трубке припаять (она то хоть и блестит как железка, но на самом деле латунная).

Со всем этим добром сел мотать катушку:

Намотал. И по все той же схеме собрал сей хитрый девайс.

Вот как это выглядит:

Тиристор и микрик были из старых запасов, а вот конденсатор я достал из компьютерного БП (там их два). Из того же БП впоследствии использовались еще диодный мост и дроссель переделанный в повышающий трансформатор, ибо от розетки заряжаться опасно, да и нет ее в чистом поле, а потому нужен преобразователь построением которого я и занялся. Для этого взял ранее собранный генератор на NE555:

И подключил его к дросселю:

у которого было 2 обмотки по 54 витка 0,8 проводом. Питал я все это от АКБ на 6 вольт. И вот ведь колдунство какое – вместо 6 вольт на выходе (обмотки то одинаковые), я получил целых 74 вольта. Выкурив еще пачку мануалов по трансформаторам я узнал:

- Как известно, ток во вторичной обмотке тем больше, чем быстрее изменяется ток в первичной обмотке, т.е. пропорционален производной от напряжения в первичной обмотке. Если производная от синусоиды тоже является синусоидой с такой же амплитудой (в трансформаторе величина напряжения умножается на коэффициент трансформации N), то с прямоугольными импульсами дело обстоит иначе. На переднем и заднем фронте трапециевидного импульса скорость изменения напряжения очень высока и производная в этом месте тоже имеет большое значение, отсюда и возникает высокое напряжение.

Gauss2k.narod.ru “Портативное устройство для зарядки конденсаторов.” Автор ADF

Немного подумав, я пришел к выводу: раз выходное напряжение у меня 74 вольта, а надо 200 то – 200/74 = в 2,7 раза нужно увеличить количество витков. Итого 54*2,7 = 146 витков. Перемотал одну из обмоток более тонким проводом (0,45). Количество витков увеличил до 200 (про запас). Поигрался с частотой преобразователя и получил вожделенные 200 вольт (по факту 215).

Вот как это выглядит:

Некрасиво, но это временный вариант потом будет переделываться.

Собрав все это добро, я немного пострелял:

Постреляв, решил измерить, что за ТТХ у моей пушки. Начал с измерения скорости.

Посидев вечерком с бумагой и ручкой, вывел формулу, которая позволяет по траектории полета вычислить скорость:

С помощью сей хитрой формулы я получил:

Расстояние до цели, x = 2,14 м
отклонение по вертикали, y (среднее арифметическое 10 выстрелов) = 0,072 м
Итого:

Я сначала не поверил, но впоследствии собранные пробивные датчики, подключенные к звуковой карте, показали скорость 17,31 м/с

Мерить массу гвоздика я поленился (да и нечем) поэтому взял массу, которую насчитал мне ФЕММ (2,45 грамма). Нашел КПД.

Энергия запасаемая в конденсаторе = (680 * 10^-6 * 200^2)/2 = 13,6 Дж
Энергия пули = (2,45 * 10^-3 * 17,3^2)/2 = 0,367 Дж
КПД = 0,367/13,6*100% = 2,7%

Вот в принципе и все что связано с одноступенчатым ускорителем. Вот как он выглядит:

13,395 Просмотры

Довольна мощная модель знаменитой Гаусс пушки, которую можно сделать своими руками из подручных средств. Данная самодельная Гаусс пушки изготавливается очень просто, имеет лёгкую конструкцию, всё используемые детали найдутся у каждого любителя самоделок и радиолюбителя. С помощью программы расчёта катушки, можно получить максимальную мощность.

Итак, для изготовления Пушка Гаусса нам потребуется:

1. Кусок фанеры.
2. Листовой пластик.
3. Пластиковая трубка для дула ∅5 мм.
4. Медный провод для катушки ∅0,8 мм.
5. Электролитические конденсаторы большой ёмкости
6. Пусковая кнопка
7. Тиристор 70TPS12
8. Батарейки 4X1.5V
9. Лампа накала и патрон для неё 40W
10. Диод 1N4007

Сборка корпуса для схемы Гаусс пушки

Форма корпуса может быть любой, не обязательно придерживаться представленной схеме. Что бы придать корпусу эстетический вид, можно его покрасить краской из баллончика.

Установка деталей в корпус для Пушки Гаусса

Для начала крепим конденсаторы, в данном случае они были закреплены на пластиковые стяжки, но можно придумать и другое крепление.

Затем устанавливаем патрон для лампы накала на внешней стороне корпуса. Не забываем подсоединить к нему два провода для питания.

Затем внутри корпуса размещаем батарейный отсек и фиксируем его, к примеру саморезами по дереву или другим способом.

Намотка катушки для Пушки Гаусса

Для расчета катушки Гаусса можно использовать программу FEMM, скачать программу FEMM можно по этой ссылке https://code.google.com/archive/p/femm-coilgun

Пользоваться программой очень легко, в шаблоне нужно ввести необходимые параметры, загрузить их в программу и на выходе получаем все характеристики катушки и будущей пушки в целом, вплоть до скорости снаряда.

Итак приступим к намотке! Для начала нужно взять приготовленную трубку и намотать на неё бумагу, используя клей ПВА так, что бы внешний диаметр трубки был равен 6 мм.

Затем просверливаем отверстия по центру отрезков и насаживаем из на трубку. С помощью горячего клея фиксируем их. Расстояние между стенками должно быть 25 мм.

Насаживаем катушку на ствол и приступаем к следующему этапу…

Схема Гаусс Пушки. Сборка

Собираем схему внутри корпуса навесным монтажом.

Затем устанавливаем кнопку на корпус, сверлим два отверстия и продеваем туда провода для катушки.

Для упрощения использования, можно сделать для пушки подставку. В данном случае она была изготовлена из деревянного бруска. В данном варианте лафета были оставлены зазоры по краям ствола, это нужно для того что бы регулировать катушку, перемещая катушку, можно добиться наибольшей мощности.

Снаряды для пушки изготавливаются из металлического гвоздя. Отрезки делаются длиной 24 мм и диаметром 4 мм. Заготовки снарядов нужно заточить.

Размер: px

Начинать показ со страницы:

Транскрипт

1 Научно-исследовательская работа Тема работы «Пушка Гаусса оружие или игрушка?» Выполнил: Бекетов Константин учащийся 9 класса Муниципального бюджетного общеобразовательного учреждения «Средняя общеобразовательная школа села Святославка Самойловского района Саратовской области». Руководитель: Мезина Ольга Алексеевна Учитель физики и информатики МБОУ «СОШ с. Святославка»

2 Оглавление Введение Глава 1. Теоретические основы исследования 1.1 Электромагнитные пушки. Пушка катушечного типа 1.2 История пушки Гаусса 1.3 Пушка Гаусса 1.4 Принцип действия пушки Гаусса Глава 2. Создание макета пушки Гаусса 2.1.Расчет комплектующих 2.2.Создание и отладка работы Пушки Гаусса 2.3.Анализ исследований Заключение Список литературы Введение Пушка Гаусса принадлежит к недостаточно исследованному виду электромагнитного оружия. Многие учёные пытаются усовершенствовать её принцип действия, но до сих пор характеристики большинства образцов оставляют желать лучшего. Электромагнитный способ приведения физического тела в движение был предложен еще в начале 19 столетия, но отсутствие надлежащих средств накапливания электрической энергии мешало его реализации. Последние разработки привели к значительному прогрессу в накоплении электрической энергии, таким образом, значительно возросла возможность появления систем с электромагнитными пушками. Сейчас, пушка Гаусса в качестве оружия обладает преимуществами, которыми не обладают другие виды стрелкового оружия:

3 - отсутствие гильз и неограниченность в выборе начальной скорости и энергии боеприпаса; - возможность бесшумного выстрела (если скорость достаточно обтекаемого снаряда не превышает скорости звука) в том числе без смены ствола и боеприпаса; - относительно малая отдача (равная импульсу вылетевшего снаряда, нет дополнительного импульса от пороховых газов или движущихся частей); - большая надежность и износостойкость, а также возможность работы в любых условиях, в том числе космического пространства. Я предположил, что пушку Гаусса можно применять в различных сферах, связанных с жизнедеятельностью человека. Важную роль могут сыграть новые материалы или различные варианты конструкций. Таким образом, электромагнитная пушка, кроме ее ожидаемой военной важности, может явиться сильным импульсом технологического прогресса и новшества при значительном эффекте в гражданском секторе. Мой интерес к реконструкции пушки Гаусса вызван простотой сборки и доступностью материалов, простота в использовании с одной стороны и большая энергозатратность с другой, что и определило основную проблему исследования. Недостаточно изучен спектр применения электромагнитного ускорителя в повседневной жизни. Создать модель ускорителя масс, на основе анализа экспериментальных данных выяснить, где можно использовать пушку Гаусса, в каких сферах жизнедеятельности человека. Данные противоречия актуализировали и обусловили выбор темы исследования: «Пушка Гаусса-оружие или игрушка?». Почему я выбрал эту тему? Я заинтересовался устройством пушки и решил создать модель такой пушки Гаусса, т.е. любительскую установку. Её можно

4 использовать как игрушку. Но, создавая модель, я стал задумываться, где же ещё можно применять пушку Гаусса и как сконструировать более мощную пушку, что же для этого нужно?! Как можно увеличить бегущее электромагнитное поле? Цель работы: Создать и исследовать различные варианты конструкций пушки Гаусса при изменении физических параметров частей пушки. Задачи исследования: 1. Создать действующую модель пушки Гаусса для демонстрации на уроках физики явления электромагнитной индукции. 2. Исследовать эффективность работы пушки Гаусса от ёмкости конденсатора и индуктивности соленоида. 3. На основе результатов исследования предложить новые области применения пушки в сфере жизнеобеспечения человека. Предмет исследования явление электромагнитной индукции. Объект исследования модель Пушка Гаусса. Методы исследования: 1. Анализ научной литературы. 2. Материальное моделирование, конструирование. 3. Экспериментальные методы исследования 4. Анализ, обобщение, дедукция, индукция. Практическая значимость: Данный прибор можно использовать для демонстрации на уроках физики, что будет способствовать лучшему усвоению учащимися данных физических явлений. Основная часть Глава 1. Теоретические основы исследования 1. 1.Электромагнитные пушки. Пушки катушечного типа.

5 Электромагнитные пушки это общее название установок, предназначенных для ускорения предметов (объектов) с помощью электромагнитных сил. Такие устройства называются электромагнитными ускорителями масс. Электромагнитные пушки разделяют на следующие виды: 1. Рельсотрон это устройство представляет собой электродный импульсный ускоритель масс. Работа этого прибора заключается в передвижении снаряда между двух электродов рельс - по которым течет ток. Благодаря этому электромагнитные пушки такого типа и получили свое название рельсотрон. В таких приборах источники тока подключаются к основанию рельс, в результате ток течет «вдогонку» движущемуся объекту. Магнитное поле создается вокруг проводников, по которым протекает ток, оно сосредоточено за движущимся снарядом. В результате объект, по сути, является проводником, который помещен в перпендикулярное магнитное поле, создаваемое рельсами. Согласно законам физики, на снаряд воздействует сила Лоренца, которая направлена в противоположную сторону от места подключения рельс и ускоряет объект. 2. Электромагнитные пушки Томпсона это индукционные ускорители масс. В основу работы индукционных пушек заложены принципы электромагнитной индукции. В катушке устройства возникает быстро нарастающий ток, он вызывает в пространстве магнитное поле переменного характера. Обмотка

6 намотана вокруг ферритового сердечника, на конце которого находится токопроводящее кольцо. Благодаря воздействию магнитного потока, который пронизывает кольцо, возникает переменный ток. Он создает магнитное поле, имеющее противоположную полю обмотки направленность. Проводящее кольцо своим полем отталкивается от противоположного поля обмотки и, ускоряясь, слетает с ферритового стержня. Скорость и мощность вылета кольца напрямую зависят от силы импульса тока. 3. Электромагнитная пушка Гаусса магнитный ускоритель масс. Назван в честь математика-ученого Карла Гаусса, который внес огромный вклад в изучение свойств электромагнетизма. Основным элементом пушки Гаусса является соленоид. Он наматывается на диэлектрическую трубку (ствол). В один конец трубки вставляется ферромагнитный объект. В момент появления в катушке электрического тока в соленоиде возникнет магнитное поле, под действием которого разгоняется снаряд (в направлении центра соленоида). При этом на концах заряда образуются полюса, которые ориентированы соответственно полюсов катушки, в результате чего, после прохождения снаряда через центр соленоида, он начинает притягиваться в противоположном направлении (тормозится). Схема электромагнитной пушки показана на фото. Современная наука значительно продвинулась в области изучения ускорения и накопления энергии, а также образования импульсов. Можно предположить, что в ближайшем будущем человечество столкнется с новым типом оружия - электромагнитные пушки. Для развития этой технологии требуется огромная работа во всех аспектах ускорителей масс, включая снаряды и энергоснабжение. Важнейшую роль сыграют новые материалы. Для реализации такого проекта потребуются мощные и компактные источники электрической энергии. А также высокотемпературные сверхпроводники.

7 1.2.История пушки Гаусса Доктор Вольфрам Витт является начальником координации научно- исследовательских программ фирмы "Рейн/металл". Вместе с Маркусом Леффлером в настоящее время занимаются исследованиями в области сверхмощных электрических устройств ускорения. В их статье приведены факты по разработке и использованию электромагнитных пушек. Они отмечают, что в1845 такая пушка катушечного типа била использована для запуска металлического стержня длиной около 20 м. Кристиан Беркеленд, профессор физики в университете в Осло (работавший с 1898 по 1917г.), за период с 1901 по 1903г. получил три патента на свою "электромагнитную пушку". В 1901г. Беркеленд создал первую такую электромагнитную пушку катушечного типа и использовал ее для разгона снаряда массой 500 г до скорости 50 м/с. С помощью второй большой пушки, созданной в 1903г. и выставленной в настоящее время в норвежском техническом музее в г. Осло, он достигал разгона снаряда массой 10 кг до скорости примерно 100 м/с. Калибр пушки 65 мм, длина10 м. Весной 1944г. доктор ИоахимХэнслер и главный инспектор Бунзель выполнили исследования по пушке катушечного типа. На Хиллерслебенском испытательном полигоне в Магдебурге, в тщательно отгороженном гараже, они провели испытания стрельбой малокалиберного (10 мм) устройства, предположительно состоящего из множества катушек, стрельба велась по броневым плитам. Источники энергии включали автомобильные аккумуляторные батареи, конденсаторы (емкости) и электрогенераторы. Но испытания были безуспешными и через полгода были прекращены. Работа по всем решающим узлам электромагнитной пушки быстро продвигается в США, а также начинается в других странах. Современные успехи, что касается ускорителя, накопления энергии и

8 образования импульсов, явствуют о вероятности того, что системы вооружения через поколение (вскоре после начала века) будут оснащены электромагнитными пушками. Таким образом, электромагнитная пушка, кроме ее ожидаемой военной важности, должна явиться сильным импульсом технологического прогресса и новшества при значительном эффекте в гражданском секторе. 1.3 Пушка Гаусса Пушка Гаусса (англ. Gaussgun, Coilgun, Gausscannon) одна из разновидностей электромагнитного ускорителя масс. Названа по имени немецкого учёного Карла Гаусса, заложившего основы математической теории электромагнетизма. Следует иметь в виду, что этот метод ускорения масс используется в основном в любительских установках, так как не является достаточно эффективным для практической реализации. По своему принципу работы (создание бегущего магнитного поля) сходна с устройством, известным как линейный двигатель. 1.4 Принцип действия пушки Гаусса Пушка Гаусса состоит из соленоида, внутри которого находится ствол (как правило, из диэлектрика). В один из концов ствола вставляется снаряд (сделанный из ферромагнетика). При протекании электрического тока в соленоиде возникает магнитное поле, которое разгоняет снаряд, «втягивая» его внутрь соленоида. На концах снаряда при этом образуются полюса, ориентированные согласно полюсам катушки, из-за чего после прохода центра соленоида снаряд притягивается в обратном направлении, то есть тормозится. В любительских схемах иногда в качестве снаряда используют постоянный магнит так как с возникающей при этом ЭДС индукции легче бороться. Такой же эффект возникает при использовании ферромагнетиков, но выражен он не так ярко благодаря тому что снаряд легко перемагничивается (коэрцитивная сила).

9 Для наибольшего эффекта импульс тока в соленоиде должен быть кратковременным и мощным. Как правило, для получения такого импульса используются электролитические конденсаторы с высоким рабочим напряжением. Параметры ускоряющих катушек, снаряда и конденсаторов должны быть согласованы таким образом, чтобы при выстреле к моменту подлета снаряда к соленоиду индукция магнитного поля в соленоиде была максимальна, но при дальнейшем приближении снаряда резко падала. Стоит заметить, что возможны разные алгоритмы работы ускоряющих катушек. Кинетическая энергия снаряда масса снаряда его скорость Энергия, запасаемая в конденсаторе напряжение конденсатора ёмкость конденсатора Время разряда конденсаторов Это время, за которое конденсатор полностью разряжается: индуктивность ёмкость Время работы катушки индуктивности Это время, за которое ЭДС катушки индуктивности возрастает до максимального значения (полный разряд конденсатора) и полностью падает до 0. Оно равно верхнему полупериоду синусоиды. Т = 2π

10 индуктивность ёмкость Стоит заметить, что в представленном виде две последние формулы не могут применяться для расчетов пушки Гаусса, хотя бы по той причине, что по мере движения снаряда внутри катушки, её индуктивность все время изменяется. Глава 2. Создание макета пушки Гаусса 2.1 Расчет комплектующих Основой конструирования Пушки Гаусса являются конденсаторы, параметры которых определяют параметры будущей магнитной пушки. Анализируя научную литературу и информационные источники, расскажу о конструировании параметров своей модели. Конденсатор характеризуется электрической емкостью и максимальным напряжением, до которого его можно заряжать. Кроме того, конденсаторы бывают полярные и неполярные практически все конденсаторы большой емкости, используемые в магнитных ускорителях, электролитические и являются полярными. Т.е. очень важно правильное его подключение положительный заряд подаем к выводу +, а отрицательный к -. Зная емкость конденсатора и его максимальное напряжение можно найти энергию, которую может накапливать этот конденсатор. Е = Зная энергию конденсатора можно найти ориентировочную кинетическую энергию снаряда или попросту мощность будущего магнитного ускорителя. Как правило, КПД пушки примерно равен 1,7% - т.е. раздели на 100 энергию конденсаторов можно найти кинетическую энергию снаряда.

11 Однако при оптимизации гаусса его КПД можно будет поднять до 4-7%, что уже существенно. Зная кинетическую энергию снаряда и его массу (m), вычисляем его скорость полета. V= 2 / [м\с], переводим её в километры в час. Далее рассчитаем примерную длину обмотки соленоида. Она равна длине снаряда. Обмотка должны быть такова, чтобы при выстреле к моменту подлета снаряда к её середине ток в ней уже был бы минимален и магнитное поле не мешало бы вылетать снаряду с другого конца обмотки. Система конденсаторы катушка это колебательный контур. Найдем его период колебаний. Время первого полупериода колебаний равно времени, которое гвоздь летит от начала обмотки до её середины, а т.к. гвоздь изначально покоился, то примерно это время равно длине обмотки разделить на скорость полета гвоздя. Т = 2π В нашей системе колебания будут вовсе не свободными, поэтому период колебаний будет несколько больше этого значения. Впрочем, мы это учтем позже, когда будем рассчитывать непосредственно саму обмотку. Время полупериода колебаний известно, емкость конденсаторов тоже осталось лишь выразить из формулы индуктивность катушки. На практике индуктивность катушки возьмем несколько меньше в связи с тем, что период колебаний из-за наличия в цепи активного сопротивления будет больше. Раздели индуктивность на 1,5 думаю, для оценочного расчета это примерно так. Теперь найдем через индуктивность и длину параметры катушки число витков ит.д.индуктивность соленоида находится по формуле L=mm 0 (N 2 S)/l [Гн].

12 Где m относительная магнитная проницаемость сердечника, m0 магнитная проницаемость вакуума = 4π10-7, S площадь поперечного сечения соленоида, l длина соленоида, N-число витков. Найти площадь поперечного сечения соленоида довольно просто зная параметры будущего снаряда, который мы уже использовали в расчете, ты наверняка уже приглядел трубку, на которой собрался наматывать соленоид. Диаметр трубки легко измерить, примерно прикинь толщину будущей намотки и рассчитай площадь поперечного сечения [м 2 ]. Индуктивность у нас взята с учетом наличия внутри катушки снаряда. Поэтому относительную магнитную проницаемость возьмем примерно (больше можно, меньше нельзя!) хотя можешь посмотреть по справочнику и разделить это значение на два (снаряд не все время находится внутри соленоида). Кроме того, что диаметр обмотки больше диаметра снаряда, поэтому значение m взятое из справочника можно разделить еще раз на 2. Зная длину соленоида, площадь поперечного сечения, магнитную проницаемость сердечника из формулы индуктивности легко выразим количество витков. Теперь оценим параметры самого провода. Как известно, сопротивление провода рассчитывается как удельное сопротивления материала умножить на длину проводника и разделить на площадь поперечного сечения проводника. Удельное сопротивление меди намоточного провода, кстати, несколько больше табличного значения, данного для ЧИСТОЙ меди. Чем меньше сопротивление, тем лучше. Т.е. вроде как провод большего диаметра предпочтителен, однако это вызовет увеличение геометрических размеров катушки и уменьшение плотности магнитного поля в её середине, так что тут придется искать свою золотую середину. В общем случае типичным для домашних гауссов, на энергию порядка Дж и напряжение в медный намоточный провод диаметром 0,8-1,2 мм является вполне приемлемым.

13 омах. Кстати, мощность активных потерь находится по формуле P=I 2 R [Вт] Где: I ток в амперах, R активное сопротивление проводов в Как правило, 50% энергии конденсаторов ВСЕГДА теряется на активном сопротивлении гауссовки. Зная это, найти максимальный ток катушки можно довольно \просто. Энергия катушки равна квадрату тока умноженную на индуктивность и разделённую на 2, по аналогии с конденсатором. 2.2 Создание и отладка работы Пушки Гаусса Простейшие конструкции могут быть собраны из подручных материалов даже при школьных знаниях физики. Внимание! Заряженные конденсаторы большой ёмкости могут быть очень опасны! Будьте аккуратны! Начнем сборку пушки с соленоида (катушка индуктивности без сердечника). Стволом катушки является кусок пластиковой соломинки длиной 40 см. Аккуратно наматываем на нее медный провод, виток к витку,- от качества сборки будет зависеть дальность стрельбы нашего орудия. Всего надо намотать 9 слоев. На практике я установил, что лучше два слоя обмотки возбуждения намотать проводником в полихлорвиниловой изоляции, которая в этом случае не должна быть слишком толстой (диаметром не более 1,5 мм). Затем можно все разобрать, снять шайбы и надеть катушку на стержень от фломастера, который будет служить стволом. Готовую катушку легко проверить, подключив ее к 9-вольтовой батарейке: она действует как электромагнит. Параметры обмотки, снаряда и конденсаторов должны быть согласованы таким образом, чтобы при выстреле к моменту подлета снаряда к середине обмотки ток в последней уже успевал бы

14 уменьшится до минимального значения, то есть заряд конденсаторов был бы уже полностью израсходован. В таком случае КПД одноступенчатой пушки Гаусса будет максимальным. Далее выполняем сборку электрической цепи, закрепляем ее элементы на неподвижной подставке. Можно пушке придать форму пистолета, поместив детали цепи в корпус пластиковой детской игрушки. Но я поместил цепь в корпус картонной коробки. В соответствии с описанной технологией я создал две действующие модели. Я проводил параллельный эксперимент, соответственно изменяя систему конденсаторов (во второй модели несколько конденсаторов, в первой один), количество витков соленоида, различные типы соединения участков цепи. Таблица1. Сравнительные параметры моделей пушки Гаусса. Параметры 1-ая модель 2-я модель Преимущества, недостатки Емкость конденсатора [мкф] Чем больше емкость конденсатора, тем больше нагревается трансформатор в цепи. Количество Энергия магнитного витков поля увеличивается, с увеличением числа витков. 2.3 Анализ исследований Я исследовал зависимость эффективности работы пушки от ёмкости конденсатора и индуктивности соленоида. Работая над этим проектом, я пришёл к тому, что скорости снаряда зависит от ёмкости конденсатора и от индуктивности соленоида. Если в мою сборку включить трансформатор, у которого вторичная обмотка в несколько раз больше первичной обмотки, то:

15 Повышается скорость заряда конденсатора Мощность конденсатора Уменьшение входного напряжения в установку Но по мере изучение свойств пушки, столкнулись с тем, что трансформатор очень сильно греется. Поэтому время работы установки сокращается в разы. Пытаясь решить проблему тепловых потерь у трансформатора, я выдвинул несколько решений: Установить систему охлаждения для трансформатора. Переделать установку. Рассмотрим каждое решение. Установить систему охлаждения для трансформатора. Трансформатор убираем в специальный бокс. В стенках данного бокса монтируем вентиляторы, которые будут прогонять воздух через трансформатор и выбрасывать его наружу. Но возникают побочные проблемы: Повышается энергозатратность установки Увеличиваются размеры самой установки Выброс в атмосферу большого количества углекислого газа. Переделать установку. Смысл заключается в том, чтобы вместо трансформатора использовать несколько конденсаторов, которые будут соединены последовательно.

16 Мощность установки увеличивается. Но время зарядки конденсаторов увеличивается, как и энергозатратность. Проблему с большим потреблением электричества можно решить с помощью новых технологий. В качестве источника тока можно использовать термоядерный реактор. Но такая установка еще не хорошо изучена: Выдает намного меньше электричества, чем потребляет. При ее использовании выделяется очень много теплоты, вследствие чего, время работы реактора очень маленькое. Время разрядки уменьшить, то инерция будет увеличена. Заключение При исследовании пушки, я пришёл к выводу, что материалы для сборки установки доступны; в мире очень много литературы, которая помогает понять принципы работы пушки и различные способы ее сборки. Но при применении пушки возникает проблема ее использования, что в современном мире пушка может быть использована только в военных и космических интересах, т.к. очень сложно просчитать поведение катушки при применении моделей в других отраслях жизнедеятельности человека. Я выяснил, что теоретически возможно применение пушек Гаусса для запуска лёгких спутников на орбиту. Основное применение любительские установки, демонстрация свойств ферромагнетиков. Также достаточно активно используется в качестве детской игрушки или развивающей техническое творчество самодельной установки (простота и относительная безопасность). Однако, несмотря на кажущуюся простоту пушки Гаусса, использование её в качестве оружия сопряжено с серьёзными трудностями, главное из которых: большие затраты энергии.

17 Первая и основная трудность низкий КПД установки. Лишь 1-7 % заряда конденсаторов переходят в кинетическую энергию снаряда. Отчасти этот недостаток можно компенсировать использованием многоступенчатой системы разгона снаряда, но в любом случае КПД редко достигает 27 %. В основном в любительских установках энергия, запасенная в виде магнитного поля, никак не используется, а является причиной использования мощных ключей для размыкания катушки (правило Ленца). Вторая трудность большой расход энергии (из-за низкого КПД). Третья трудность (следует из первых двух) большой вес и габариты установки при её низкой эффективности. Четвёртая трудность достаточно длительное время накопительной перезарядки конденсаторов, что заставляет вместе с пушкой Гаусса носить и источник питания (как правило, мощную аккумуляторную батарею), а также высокая их стоимость. Можно, теоретически, увеличить эффективность, если использовать сверхпроводящие соленоиды, однако это потребует мощной системы охлаждения, что приносит дополнительные проблемы, и серьёзно влияет на область применения установки. Или же использовать заменяемые батареи конденсаторы. Пятая трудность с увеличением скорости снаряда время действия магнитного поля, за время пролёта снарядом соленоида, существенно сокращается, что приводит к необходимости не только заблаговременно включать каждую следующую катушку многоступенчатой системы, но и увеличивать мощность её поля пропорционально сокращению этого времени. Обычно этот недостаток сразу обходится вниманием, так как большинство самодельных систем имеет или малое число катушек, или недостаточную скорость пули. В условиях водной среды применение пушки без защитного кожуха также серьёзно ограничено дистанционной индукции тока достаточно, чтобы раствор солей диссоциировал на кожухе с образованием агрессивных

18 (растворяющих) сред, что требует дополнительного магнитного экранирования. Таким образом, на сегодняшний день у пушки Гаусса нет перспектив в качестве оружия, так как она значительно уступает другим видам стрелкового оружия, работающего на других принципах. Теоретически, перспективы, конечно, возможны, если будут созданы компактные и мощные источники электрического тока и высокотемпературные сверхпроводники (К). Однако, установка, подобная пушке Гаусса, может использоваться в космическом пространстве, так как в условиях вакуума и невесомости многие недостатки подобных установок нивелируются. В частности, в военных программах СССР и США рассматривалась возможность использования установок, подобных пушке Гаусса, на орбитальных спутниках для поражения других космических аппаратов (снарядами с большим количеством мелких поражающих деталей), или объектов на земной поверхности. Испытания гаусс-пушки дали цифру в 27% КПД. То есть, по мнению специалистов выстрел из гаусса проигрывает даже китайской пневматике. Перезарядка медленная - про скорострельность не может быть и речи. И самая большая проблема - нет мощных, мобильных источников энергии. И пока эти источники не будут найдены - про вооружения гаусс-пушками можно забыть.

19 . Список литературы 1.Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики I, II, III том. Издательство «Просвещение» 1988 год 2.Мелковская Л.Б. Повторим физику. Учебное пособие для поступающих в ВУЗы. Издательство «Высшая школа» 1977 год Использованные ресурсы: 1. Интернет-ресурсы: статья: 2. Видео: «

20 5.

ГБОУ гимназия 1540 Номинация: «Проектная работа». Проектно - исследовательская работа на тему: «Создание модели ПушкиГауcса».

Научно-исследовательская работа на тему: «ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПУШКИ ГАУССА В ДОМАШНИХ УСЛОВИЯХ И ИССЛЕДОВАНИЕ ЕЕ ХАРАКТЕРИСТИК» Выполнили: Ванчиков Виктор Попов Владимир Учащиеся 11 класса МАОУ «СОШ 22» Руководитель:

Электричество и магнетизм, часть 2 1. Конденсатор колебательного контура подключен к источнику постоянного напряжения. Графики и представляют зависимость от времени t физических величин, характеризующих

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА 3 ВАРИАНТ 1 1. Три источника тока с ЭДС ξ 1 = 1,8 В, ξ 2 = 1,4 В, ξ 3 = 1,1 В соединены накоротко одноименными полюсами. Внутреннее сопротивление первого источника r 1 = 0,4 Ом, второго

VI научная конференция школьников Иркутской области «Человек и космос» Электромагнитные пушки Научно-исследовательская работа Выполнил: Черепанов Дмитрий Сергеевич гр. 25-11 Учитель физики: Демидова Л.И.,

«ЗАКОНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА». Электрическим током называют упорядоченное направленное движение заряженных частиц. Для существования тока необходимы два условия: Наличие свободных зарядов; Наличие внешнего

ФИЗИКА 11.1 МОДУЛЬ 2 1. Магнитное поле. Вектор магнитной индукции. Сила Ампера Вариант 1 1. Взаимодействие двух параллельных проводников, по которым протекает электрический ток, называется 1) электрическим

Электричество и магнетизм Электростатическое поле в вакууме Задание 1 Относительно статических электрических полей справедливы утверждения: 1) поток вектора напряженности электростатического поля сквозь

4.4. Электромагнитная индукция. Правило Ленца. Явление электромагнитной индукции было открыто выдающимся английским физиком М. Фарадеем в 1831 г. Оно заключается в возникновении электрического тока в замкнутом

Электромагнитная индукция Явление электромагнитной индукции Электромагнитная индукция явление возникновения тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего его. Явление

ЛИЦЕЙ 1580 (ПРИ МГТУ ИМ.Н.Э.БАУМАНА) КАФЕДРА «ОСНОВЫ ФИЗИКИ», 11КЛАСС, 3 СЕМЕСТР 2018-2019 УЧЕБНЫЙ ГОД Вариант 0 Задача 1. Топкое прополочное кольцо площади S = 100 см. 2 -, имеющее сопротивление R = 0,01

9.Электродинамика. Магнетизм. 005 1.Силу Лоренца можно определить по формуле А) F = q υ Bsinα. B) F = I Δ l Bsinα. C) F = qe. D) F = k. E) F = pgv..токи, возникающие в массивных проводниках, называют А)

Задачи. Принцип суперпозиции. 1. В вершинах квадрата находятся одинаковые заряды Q = 0, 3 нкл каждый. Какой отрицательный заряд Q x нужно поместить в центре квадрата, чтобы сила взаимного отталкивания

Контрольная работа по теме Электромагнетизм 11 класс 1 вариант A1. К магнитной стрелке (северный полюс затемнен, см. рисунок), которая может поворачиваться вокруг вертикальной оси, перпендикулярной плоскости

С1.1. На рисунке приведена электрическая цепь, состоящая из гальванического элемента, реостата, трансформатора, амперметра и вольтметра. В начальный момент времени ползунок реостата установлен посередине

10. На рисунке изображены две изолированные друг от друга электрические цепи. Первая содержит последовательно соединенные источник тока, реостат, катушку индуктивности и амперметр, а вторая проволочный

В схеме на рисунке сопротивление резистора и полное сопротивление реостата равны R, ЭДС батарейки равна E, её внутреннее сопротивление ничтожно (r = 0). Как ведут себя (увеличиваются, уменьшаются, остаются

4. Длинные линии 4.1. Распространение сигнала по длинной линии При передаче импульсных сигналов по двухпроводной линии часто приходится учитывать конечную скорость распространения сигнала вдоль линии.

С1.1. На фотографии изображена электрическая цепь, состоящая из резистора, реостата, ключа, цифровых вольтметра, подключенного к батарее, и амперметра. Используя законы постоянного тока, объясните, как

Домашнее задание по теме: «Электрические колебания» Вариант. В колебательном контуре индуктивность катушки L = 0, Гн. Величина тока изменяется по закону I(t) = 0,8sin(000t + 0,3), где t время в секундах,

Тест по электротехнике. Вариант 1. 1.Какие приборы изображены на схеме? а) электрическая лампочка и резистор; б) электрическая лампочка и плавкий предохранитель; в) источник электрического тока и резистор.

Отделение среднего профессионального образования филиала Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Уфимский государственный авиационный

РАБОТА 4 ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В ЦЕПИ, СОДЕРЖАЩЕЙ РЕЗИСТОР И КОНДЕНСАТОР Цель работы: изучение закона изменения напряжения при разрядке конденсатора, определение постоянной времени R-цепи и

4 Электромагнитная индукция 41 Закон электромагнитной индукции 1 Электрические токи создают вокруг себя магнитное поле Существует и обратное явление: магнитное поле вызывает появление электрических токов

Блок 9. Электромагнитная индукция. Переменный ток. Лекции: 9.1 Явление электромагнитной индукции. Магнитный поток. Закон электромагнитной индукции. Причины возникновения индукционного тока: сила Лоренца

ФИЗИКА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ УСКОРИТЕЛЬ МАСС Монин В.С. МБОУ Одинцовский лицей 10, 9 класс 429 Руководитель: Чистякова И.В., МБОУ Одинцовский лицей 10, учитель физики Научный руководитель: Монин С.В. Паспорт

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА 3 ВАРИАНТ 1 1. Четыре одинаковых заряда Q 1 = Q 2 = Q 3 = Q 4 = 40 кнл закреплены в вершинах квадрата со стороной а = 10 см. Определить силу F, действующую на каждый из этих зарядов

Лекция 6 Явление самоиндукции. Индуктивность В замкнутом проводящем контуре, находящемся в переменном магнитном поле, благодаря явлению электромагнитной индукции возникает индукционный ток. При этом магнитное

ПОСТОЯННЫЙ ТОК 2008 Цепь состоит из источника тока с ЭДС 4,5В и внутренним сопротивлением r=,5oм и проводников сопротивлением =4,5 Oм и 2= Oм Работа, совершенная током в проводнике за 20 мин, равна r ε

ГБОУ Гимназия 1576 Проект «Мусор в космосе» Москва 2017 г Выполнили: Зотова Дарья Митюшина Анастасия Слепых Ксения Иванова Ксения Газаев Георгий Научный руководитель: Ермоленко И. В. Введение Проблемы

ПРИМЕРНЫЙ БАНК ЗАДАНИЙ ПО ФИЗИКЕ 11 КЛАСС (БАЗОВЫЙ УРОВЕНЬ) погружение 2 Магнитное поле. Однородное и неоднородное магнитное поле 1.Какое вещество совсем не притягивается магнитом? 1) Сталь 2) Стекло 3)

Вариант 1 1. Заряды по 10 нкл расположены на расстоянии 6 см друг от друга. Найти напряженность поля и потенциал в точке, удаленной на 5 см от каждого заряда. 2. Два заряда по +2нКл каждый находятся на

Сборник задач для специальности ОП 251 1 Электрическое поле. Задания средней сложности 1. Два точечных тела с зарядами Q 1 =Q 2 = 6 10 11 Кл расположены в воздухе на расстоянии 12 см друг от друга. Определить

Тема 2.3. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ 1. Явление электромагнитной индукции (опыты Фарадея) 2. Закон Фарадея 3. Вихревые токи (токи Фуко) 4. Индуктивность контура. Самоиндукция 5. Взаимная индукция 1. Явление

Карл Фридрих Гаусс (1777 1855) Школьная модель на практике изучить принципы и тонкости работы пушки Гаусса построить электромагнитную установку для уроков физики развить навыки работы с электрическими

Вариант 1 1. Два точечных электрических заряда q и 2q на расстоянии r друг от друга притягиваются с силой F. С какой силой будут притягиваться заряды 2q и 2q на расстоянии 2r? Ответ. 1 2 F. 2. В вершинах

И. В. Яковлев Материалы по физике MathUs.ru Самоиндукция Темы кодификатора ЕГЭ: самоиндукция, индуктивность, энергия магнитного поля. Самоиндукция является частным случаем электромагнитной индукции. Оказывается,

Сборник задач для специальности АТ 251 1 Электрические цепи постоянного тока Задания средней сложности 1. Определить, какими должны быть полярность и расстояние между двумя зарядами 1,6 10 -б Кл и 8 10

Работа силы Ампера Напомню, что сила Ампера, действующая на элемент линейного тока, дается формулой (1) Посмотрим на рисунок По двум неподвижным горизонтальным проводникам (рельсам) может свободно перемещаться

На схеме нелинейной цепи сопротивления линейных резисторов указаны в Омах; ток J = 0,4 А; характеристика нелинейного элемента задана таблично. Найти напряжение и ток нелинейного элемента. I, А 0 1,8 4

1. Планируемые результаты освоения учебного предмета В результате изучения физики 8 класса в изучаемом разделе: Электрические и магнитные явления Ученик научится: распознавать электромагнитные явления

Кафедра физики, контрольные для заочников 1 Контрольная работа 3 ЭЛЕКТРИЧЕСТВО 1. Два одинаково заряженных шарика подвешены в одной точке на нитях одинаковой длины. При этом нити разошлись на угол α. Шарики

На рисунке показана цепь постоянного тока. Внутренним сопротивлением источника тока можно пренебречь. Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать (

Примеры решения задач Пример Найдите индуктивность тороидальной катушки из N витков, внутренний радиус которой равен b, а поперечное сечение имеет форму квадрата со стороной Пространство внутри катушки

3.3 МАГНИТНОЕ ПОЛЕ 3.3.1 Механическое взаимодействие магнитов. Магнитное поле. Вектор магнитной индукции. Принцип суперпозиции магнитных полей: Линии магнитного поля. Картина линий поля полосового и подковообразного

Тема: Лекция 33 Закон электромагнитной индукции Фарадея. Правило Ленца. ЭДС проводника, движущегося в магнитном поле. Природа ЭДС, возникающего в неподвижном проводнике. Связь электрического и магнитного

Электричество и магнетизм Электростатика Электростатика - это раздел электродинамики в котором изучаются свойства и взаимодействия неподвижных электрически заряженных тел. При решении задач на электростатику

ЭЛЕКТРОДИНАМИКА Кириллов А.М., учитель гимназии 44 г. Сочи (http://kirilladrey7.arod.ru/) Данная подборка тестов сделана на основе учебного пособия «Веретельник В.И., Сивов Ю.А., Толмачева Н.Д., Хоружий

1 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЖИДКОСТИ ВАТЬЕГАНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ ТПП «КОГАЛЫМНЕФТЕГАЗ» Максимочкин В.И., Хасанов Н.А., Шайдаков В.В, Инюшин Н.В., Лаптев А.Б., Кузнецов

И. В. Яковлев Материалы по физике MthUs.ru Электромагнитная индукция Задача 1. Проволочное кольцо радиусом r находится в однородном магнитном поле, линии которого перпендикулярны плоскости кольца. Индукция

С1 «ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ», «ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ» Прямой горизонтальный проводник висит на двух пружинках. По проводнику протекает электрический ток в направлении, указанном на рисунке. В некоторый момент

Елена Морозова, Алексей Разин Блоки питания лазеров Краткий конспект лекций по дисциплине «Лазерная техника» Томск 202 Лекция Элементная база блоков питания и простейшие схемы на их основе Любой лазер

Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия Кафедра физики ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ. КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ. ВОЛНОВЫЕ ПРОЦЕССЫ Тематические задания для контроля уровня знаний студентов по физике Ч А

3 Электромагнитные колебания Справочные сведения Задачи настоящего раздела посвящены собственным электромагнитным колебаниям Действующие значения тока и напряжения определяются из выражения i dt, 4 u dt,

Научно-исследовательская работа Предмет физика «Электромагнитный ускоритель масс» Выполнил: Монин Виктор Сергеевич обучающийся 9 класса МБОУ Одинцовского лицея 10 Руководитель: Чистякова Ирина Викторовна

Электродинамика 1. При подключении резистора с неизвестным сопротивлением к источнику тока с ЭДС 10 В и внутренним сопротивлением 1 Ом напряжение на выходе источника тока равно 8 В. Чему равна сила тока

1 4 Электромагнитная индукция 41 Закон электромагнитной индукции Правило Ленца В 1831 г Фарадей открыл одно из наиболее фундаментальных явлений в электродинамике явление электромагнитной индукции: в замкнутом

И. В. Яковлев Материалы по физике MathUs.ru Электромагнитные колебания Задача 1. (МФО, 2014, 11) Заряженный конденсатор начинает разряжаться через катушку индуктивности. За две миллисекунды его электрический

РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ВТОРОГО ТУРА ОЛИМПИАДЫ ПО ЭЛЕКТРОНИКЕ 017 /018 учебный год. 9 КЛАСС 1. Принцип действия многих электронных приборов основан на движении электронов в электрическом поле. На рисунке показан

Часть 1 Ответами к заданиям 1 4 являются цифра, число или последовательность цифр. Запишите ответ в поле ответа в тексте работы, а затем перенесите в БЛАНК ОТВЕТОВ 1 справа от номера соответствующего задания,

ПОДГОТОВКА ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ. 1. Какой буквой в физике принято обозначать Магнитная индукция? Магнитный поток? Индуктивность? ЭДС индукции? Активная длина проводника? Магнитная проницаемость среды? Энергия

1 вариант A1. В уравнении гармонического колебания q = qmcos(ωt + φ0) величина, стоящая под знаком косинуса, называется 3) амплитудой заряда А2. На рисунке показан график зависимости силы тока в металлическом