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Física: Cómo hacer un rifle Gauss

marzo 31, 2020
profesor-de-fisica - fsica ciencia 1024x768

En UniversidadEnTuCasa recientemente conseguimos algunas cámaras súper lentas. Naturalmente. Después de divertirnos usándolos para filmar grandes imanes de neodimio aplastando cosas en 2000 cuadros por segundo, pensamos que sería interesante disparar un rifle Gauss de imán permanente en cámara lenta y explicar cómo funciona … Bien, entonces un rifle Gauss o una pistola Gauss no tiene un uso práctico, pero son divertidos de hacer y realmente pueden enseñarte una o dos cosas sobre los imanes, el impulso y la transferencia de energía.

Un rifle Gauss ciertamente no es un arma; En su forma más simple, un rifle Gauss es una disposición de imanes y bolas de acero que juntas demuestran una reacción en cadena a medida que la energía se transfiere de un objeto a otro, utilizando el poder de los imanes fuertes. Hace una asombrosa demostración científica y recibe su nombre de Carl Friedrich Gauss (1777-1855), un matemático y físico alemán cuyo nombre también se usa como una medida de la densidad del flujo magnético. Cómo hacer tu propio rifle Gauss Un rifle Gauss es realmente sencillo de fabricar, con solo unas pocas piezas necesarias. Aquí explicamos cómo hicimos el ejemplo que se muestra en el video anterior: 1) Encuentra una pista adecuada Nuestra pista estaba hecha de un gran trozo de madera lijada con un canal dirigido hacia el centro para que las bolas se desplazaran hacia abajo. No necesita molestarse en mecanizar una pieza de madera, hay otras formas de crear una pista, como usar un canal de plástico cuadrado, dos clavijas de madera pegadas, o incluso una regla de plástico con una ranura en la parte inferior centrar. La clave es que hay una ranura recta que ayudará a mantener las bolas en línea mientras viajan de un imán a otro. 2) Posicionar los imanes Los imanes son la estrella del espectáculo aquí. En nuestra pistola Gauss, utilizamos dos imanes de neodimio cuadrados de 20 mm x 10 mm unidos entre sí para hacer un cubo de 20 mm x 20 mm, y colocamos cada cubo con una separación de 150 mm. Sin embargo, podría usar un cubo simple más pequeño o incluso un imán cilíndrico de neodimio. Cuanto más grandes son los imanes, mayor es la velocidad generada. Puede experimentar colocando los imanes más cerca o más separados para ver cómo esto afecta la velocidad que viajará la bola final. 3) rodamientos de bolas ¡Es importante utilizar rodamientos de bolas de acero dulce, ya que los rodamientos de bolas de acero inoxidable pueden no ser magnéticos! ¿Cuántos es el número ideal? Bueno, esto depende de cuántas etapas crees. En el video anterior, puede ver que teníamos cuatro juegos de imanes y usamos nueve bolas, dos bolas después de cada imán y una bola de activación. Necesitará al menos dos bolas en el mismo lado de cada imán, si usa solo una bola, entonces la transferencia de energía puede no ser suficiente para romper la atracción magnética y la bola se mantendrá en posición. ¿Por qué no experimentar con un número diferente de bolas después de cada imán para ver cómo afecta esto al dispositivo? Consejo: Muy pocas bolas de acero y la bola que se debe lanzar no se moverá, se pueden lanzar demasiadas y más de una bola, lo que reduce la velocidad de la bola final. Una vez que haya configurado el aparato, deslice la bola del gatillo hacia el primer imán y vea cómo dispara su rifle.

La seguridad Un rifle Gauss puede enviar rodamientos de bolas de acero volando a gran velocidad. Nunca apunte el arma a nadie y no ponga su mano delante del proyectil. Cada imán comprado a UniversidadEnTuCasa  se entrega con su propia hoja de advertencia. Es importante recordar que los imanes de neodimio pueden atraer elementos de acero como tijeras desde una gran distancia y los imanes grandes que se unen pueden atrapar fácilmente sus dedos. Maneje un imán a la vez y con precaución. No se debe permitir que los niños manipulen imanes de neodimio. ¿Cómo funciona un rifle Gauss? Un rifle Gauss funciona mediante la transferencia de energía cinética de un rodamiento de bolas a otro, conocido como la conservación del impulso. Como la bola suelta, llamémosla bola disparadora, se mueve hacia el primer imán, es atraída por el campo magnético y acelera hacia el imán. Luego, la energía se transfiere a través del imán, luego a través de la primera bola de acero del otro lado y hacia la segunda bola, tal como funciona la cuna de Newton. El impulso transferido es mayor que la atracción magnética que mantiene la segunda bola en su lugar y la segunda bola se lanza hacia el siguiente imán. Esta bola acelera aún más hacia el siguiente imán y el proceso se repite hasta que la bola final es impulsada. ¿Puedo hacer que mi rifle Gauss dispare más? Nunca podrá obtener un rifle Gauss que use imanes permanentes para impulsar una bola de acero más de unos pocos pies, ya que la bola que se impulsa nunca tendrá más energía que la bola que se introduce en el imán. Sin embargo, algunos cambios simples pueden afectar la distancia que recorrerá la bola final, como: Agregar más imanes: aumentar el número de etapas hará que la bola final viaje más lejos y más rápido. Sin embargo, cada etapa incluida agrega un poco menos de impulso que la anterior. Lo que significa que hay un límite de lo que se puede lograr usando más etapas. Use imanes más grandes y más fuertes: los imanes más grandes significan que la bola de disparo es atraída con mayor velocidad. Sin embargo, también significa que los rodamientos de bolas en el otro lado se mantienen en su lugar con mayor fuerza. Pruebe imanes más grandes con rodamientos de bolas más o más grandes para ver cómo esto afecta el rendimiento. Use más rodamientos de bolas: al usar más rodamientos de bolas después de cada imán, reduce la fuerza magnética que se aplica a la última bola después de cada imán, por lo tanto, requiere menos fuerza para liberarlo. Use bolas más grandes: el uso de bolas más grandes, hasta el tamaño del diámetro de los imanes que se utilizan, aumentará el rendimiento. El uso de bolas más grandes se compensa con la cantidad de fuerza requerida para impulsar una bola más grande y pesada. Hacer un rifle Gauss puede ser muy divertido; También pueden producir cosas bellas cuando se usan con cámaras de alta velocidad para capturar proyectiles en movimiento. Estas increíbles fotos, que nos envió John desde Staffordshire, muestran un rodamiento de bolas de acero, propulsado por un rifle Gauss mientras pasa a través de una gota de agua que cae.

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