Пушка Гаусса: история, теория и практика

Авторы проекта: Ковалев Максим Андреевич

Образовательная организация: МБОУ «СШ № 26 им. А.С. Пушкина» г. Смоленска

Руководитель проекта: Шишов Дмитрий Александрович, педагог дополнительного образования

Краткое описание работы: Создана действующая модель пушки Гаусса, работа которой обусловлена явлением электромагнитной индукции. Проведены успешные баллистические исследования с использованием предметов, изготовленных из разных материалов: картон, пластик, алюминий, стекло

Материалы проекта:

Презентация работы, п. 7.6.1 Положения о конкурсе
Текст работы (Пояснительная записка), п.7.6.2 Положения о конкурсе View Fullscreen
Дополнительные материалы, п. 7.6.3 Положения о конкурсе
Согласие на обработку
персональных данных, п. 7.5 Положения о конкурсе
есть, находится в распоряжении оргкомитета

  1. Здравствуйте, Максим. У меня возникли следующие вопросы. Можно ли обойтиь без умножителя, используя более мощные батарейки типа Крона на 9 вольт? Будет ли работать подобная установка при таких условиях?

    1. Здравствуйте, Иван Сергеевич! Спасибо, что заинтересовались моей работой. Постараюсь ответить на ваши вопросы. Во-первых, я думаю, что использовать такие батарейки можно. Но, при этом, нужно учитывать, что таких батареек нужно не 2-3, а гораздо больше, потому что необходимо создать мощное и непрерывное электромагнитное поле; во-вторых, мощности батареек может не хватить, чтобы обеспечить бесперебойную и долгую работу модели.

  2. Здравствуйте, Максим!
    Ознакомился с вашей работой. Задумка интересная. В связи с этим вот такой вопрос. Что вы можете сказать о точности попадания в цель при стрельбе из подобного оружия. Ведь в обычном оружии между пулей и стенкой дула незначительный зазор, это ускоряет движение пули и улучшает эффект попадания в цель. В вашем случае этот зазор значительный, поэтому пуля может совершать колебательные движения, что может гасить скорость и точность.
    Спасибо!

    1. Уважаемый Владимир Николаевич!
      Моя модель пушки действительно обладает большим разбросом. Как вы верно заметили, это связано с зазором между «условным снарядом» и стенкой дула, что делает невозможным нарезку ствола, благодаря которой точность можно было бы значительно увеличить. К сожалению, сделать меньше зазор достаточно трудно, в моем случае было сложно найти трубку и «снаряд» схожих диаметров.
      Не знаю, смог ли я, в полной мере, ответить на ваш вопрос?!

  3. Максим, здравствуй. Скажи, пожалуйста, при изготовлении кутушки индукции, сколько слоев ты намытывал и пользовался ли ты для их закрепления клеем? Спасибо!

    1. Александр, справедливости ради, надо сказать, что желательно сделать не менее двенадцати слоев. Но я честно признаюсь, что ясделал только восемь.
      Уж очень «муторно» накручивать эти слои. Что же касается клея, то я даже об этом не подумал. Наверное с клеем было бы проще, так как наматываемая медная проволока, меньше соскакивала бы и ряды намотки были бы более ровные.

  4. Максим, как ты считаешь, очень сложно сделать многоступенчатую модель? Можно ли ее сделать в домашних условиях?

    1. Марк, все можно сделать. Только при проектировании многоступенчатой установки нужно коммутировать катушки особым образом. 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. Это нужно для того, чтобы при прохождении снарядом катушки, его не затягивало внутрь магнитное поле, тем самым тормозя его. Здесь еще важна сила энерции, которая не дает «снаряду» упасть в момент падения индукции магнитного поля на очередной ступени.

  5. Здравствуй, Максим! Я не очень сильна в физике, поэтому хочу, чтобы ты объяснил мне вкратце принцип работы твоей модели. Спасибо.

    1. Лиза, постараюсь объяснить научно-популярно, чтобы было понятно.
      Мы заряжаем конденсатор высоким напряжением и разряжаем его на катушку из медного провода, находящуюся на стволе. При протекании по ней тока создается мощное электромагнитное поле. Пуля из ферромагнетика втягивается внутрь ствола. Заряд конденсатора расходуется очень быстро и, в идеале, ток через катушку перестает течь в момент, когда пуля находится посередине. После чего она продолжает лететь по инерции.
      Это прнцип работы одноступенчатой модели пушки Гаусса. Принцип многоступенчатой модели смотри в комментарии выше.

  6. Согласно правилу Ленца соленоид будет не разгонять снаряд, а наоборот, тормозить. За счет чего все-таки возрастает скорость снаряда?
    Как приводимые в работе формулы связаны с динамикой движения снаряда?

    1. Полина Владимировна, причина, из-за которой снаряд приобретает ускорение, заключается в том, что заряд, накопленный в конденсаторах, создаёт мгновенный электромагнитный импульс. Если бы ток подавался на катушку не мгновенно, то снаряд бы действительно застревал внутри катушки согласно правилу Ленца.
      Приведённые в работе формулы позволяют рассчитать характеристики компонентов пушки (например, емкость конденсаторов, индуктивность катушки), на базовом уровне рассчитать время работы катушки, энергии катушки и снаряда. Из-за особенностей пушки предсказать динамику движения снаряда, опираясь только на знания школьного курса физики, крайне сложно.

  7. Максим, а что ты можешь сказать по поводу формы снаряда. Влияет ли она на КПД данной модели, или любого другого электромагнитного ускорителя?

    1. На КПД электромагнитных ускорителей форма снаряда не влияет. Их КПД зависит исключительно от характеристик компонентов (сопротивление проводов, ёмкость конденсаторов, индуктивность катушки и т.д.). Форма снаряда влияет на баллистику пушки и дальность полёта. Например, если мы возьмём снаряд формы цилиндра и снаряд формы цилиндра с усечённым концом при одинаковых сборках пушки, то последний полетит дальше, чем первый, благодаря своей обтекаемости, а следовательно и меньшего воздушного сопротивления.

  8. Максим, как известно, значительная часть энергии конденсаторов уходит на нагрев катушки. Как ты это прокомментируешь?

  9. Потери на нагрев зависят от времени действия тока и сопротивления катушки. А ускорение снаряда, то есть полезная работа, от времени никак не зависит. Зависит только от силы магнитного поля и дистанции, на которой снаряд перемещался, втягиваясь в это поле. Могут быть еще потери, связанные с ферромагнитными явлениями.
    Вкратце получается следующая ситуация: когда снаряд двигатеся медленно, ему требуется время, чтобы преодолеть участок действия магнитного поля. Всё это время катушка активно выделяет тепло. Когда снаряд двигается быстро — он может получить тот-же разгонный импульс за более короткое время, и катушка не успевает использовать слишком много энергии.

Комментарии закрыты.