Изготовление пушки Гаусса в домашних условиях и изучение ее характеристик

ГБОУ СОШ с.Бузаевка м.р. Кинельский Самарской области

Пушка Гаусса

Выполнили

Чалдаева Татьяна

Салманов Олег

Ученики 10 класса ГБОУ СОШ с.Бузаевка

Руководитель Идт Е.В., учитель физики

2015-2016 учебный год
План:

Введение

·                     1 Принцип действия

o        1.1 Кинетическая энергия снаряда

o        1.2 Время разряда конденсаторов

o        1.3 Время работы катушки индуктивности

·                     2 Преимущества и недостатки

Введение

Не следует путать с рельсотроном.

Иллюстрация принципа действия

Пушка Гаусса (англ. Gauss gun, Coil gun, Gauss cannon) — одна из разновидностей электромагнитного ускорителя масс. Названа по имени немецкого учёного Карла Гаусса, заложившего основы математической теории электромагнетизма.

1. Принцип действия

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, симметричные 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 электрические конденсаторы с высоким рабочим напряжением.

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.

1.1. Кинетическая энергия снаряда

 — масса снаряда
 — его скорость

1.2. Время разряда конденсаторов

Это время за которое конденсатор полностью разряжается. Оно равно четверти периода:

 — индуктивность
 — ёмкость

1.3. 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.

 — индуктивность
 — ёмкость

2. Преимущества и недостатки

Пушка Гаусса в качестве оружия обладает преимуществами, которыми не обладают другие виды стрелкового оружия. Это 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), теоретически, больша́я надежность и износостойкость, а также возможность работы в любых условиях, в том числе космического пространства.

Однако, несмотря на кажущуюся простоту пушки Гаусса и её преимущества, использование её в качестве оружия сопряжено с серьёзными трудностями.

Первая 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%.

Вторая трудность — большой расход энергии (из-за низкого КПД) и достаточно длительное время накопительной перезарядки конденсаторов, что заставляет вместе с пушкой Гаусса носить и источник питания (как правило, мощную аккумуляторную батарею). Можно значительно увеличить эффективность, если использовать сверхпроводящие соленоиды, однако это потребует мощной системы охлаждения, что значительно уменьшит мобильность пушки Гаусса.

Третья трудность (следует из первых двух) — большой вес и габариты установки при её низкой эффективности.

В условиях водной среды применение пушки без толстого защитного кожуха-диэлектрика также серьезно ограничено — дистанционной индукции тока достаточно, чтобы раствор солей диссоциировал на кожухе на сверхкороткое время с образованием агрессивных (растворяющих) сред.

Таким образом, на сегодняшний день пушка Гаусса не имеет особых перспектив в качестве оружия так как значительно уступает другим видам стрелкового оружия. Перспективы возможны лишь в будущем, если будут созданы компактные и мощные источники электрического тока и высокотемпературные сверхпроводники (200—300К).

Также возможно применение пушек Гаусса для запуска легких спутников на орбиту.

Краткое описание документа:

Учащиеся 10 класса ГБОУ СОШ с Бузаевка Чалдаева Татьяна и Салманов Олег смело взялись за изучение пушки Гаусса. Ребята изучили множество источников информации, энциклопедий, научных журналов. Переработав материал создали реферат и действующую упрощенную модель. Модель выбрана именно такой, поскольку при большей мощности возможны случайные травмы. Желаю ребятам успеха в дальнейших исследованиях.