Fysik

Hvordan virker en Gauss riffel

03. maj 2016 af Jakobbj (Slettet) - Niveau: A-niveau

Jeg er ved at skrive et eksamensprojekt vedrøende en Gauss rifle, og jeg ville høre om der var en måde at bestemme udgangshastigheden af den sidste kugle efter n sammenstød? Samt en teoretisk udledning af formlen. 

Tak for hjælpen! 


Brugbart svar (0)

Svar #1
03. maj 2016 af Soeffi


Svar #2
03. maj 2016 af Jakobbj (Slettet)

Det er desværre ikke en sådan en gauss riffel jeg mener. En gauss riffel der accelerer en jernkugle ved hjælp af permanente magneter:
 


Brugbart svar (1)

Svar #3
03. maj 2016 af PeterValberg

- - -

mvh.

Peter Valberg
(YouTube)


Svar #4
03. maj 2016 af Jakobbj (Slettet)

Tak for svaret, har desværre selv haft kig på artiklen. Jeg har en forståelse af hvordan gauss riflen virker, men ønsker nogle formler til teoretiske bereginger. Vi har selv fremstillet en gauss riffel, og i den forbindelse vil jeg bestemme udgangshastigheden af den sidste kugle. 
Jeg har selv fundet en PDF fil der beskriver udledningen, desværre forstår jeg ikke udledningen da den er skrevet på svært forståeligt engelsk.
http://www.physics.princeton.edu/~mcdonald/examples/lin_accel.pdf

Håber i har tid til at hjælpe! :)


Brugbart svar (0)

Svar #5
04. maj 2016 af hesch (Slettet)

#0: At bestemme udgangshastigheden af den sidste kugle efter n sammenstød er en "langhåret" opgave, for den afhænger af geometriske udformninger af kugler/magneter og magnetiseringskurver.

I folkeskolen lærer man at en nordpol tiltrækker en sydpol. Disse poler kan være placeret "i enderne" af en stangmagnet. Men en pol udgøres af en diskontinuitet i den magnetiske ledningsevne/permeabilitet. En sådan diskontinuitet optræder ved endefladen af en stangmagnet, hvor permeabiliteten ændrer sig fra μ0 i luftgabet udenfor magneten til μ0r inde i magneten. μr kan være ≈1000 for stål.

Et magnetfelt indeholder en magnetisk energitæthed = ½*B*H [J/m3]. Den magnetiske fluxtæthed (induktion) er den samme på hver side af en flade, men det er den magnetiske feltstyrke, H, ikke, for
H = B/μ. Dvs. at den magnetiske energitæthed kan være 1000 gange større i luftgabet end inde i magneten.

Nu er det så sådan, at "naturen" altid vil forsøge at ændre magnetisk energi til andre energiformer såsom kinetisk energi. Dette kan den jo gøre ved at substituere et volumen luftgab med stål, hvorved energitætheden vil mindskes i dette volumen. Det er derfor en magnet tiltrækker en stålkugle: Det mindsker den magnetiske energi.

Mindsket magnetisk energi = mindsket energitæthed * volumen.

Inden riflen affyres ligger der måske to kugler på højre side af magneten, og 0 kugler på venstre. Kugle nr. 1 til højre befinder sig i et stærkere magnetfelt end kugle nr. 2, så hvis kugle nr. 2 til højre erstattes af en kugle nr. 1 til venstre for magneten, vil det svække den samlede magnetiske energi i systemet med ΔEmagn.

Nr. 2 kugle til højre vil opnå en kinetisk energi = Ekin,venstre + ΔEmagn .

Denne øgning af energi vil succesivt gentage sig for hvert trin i riflen, så udgangsenergien for den sidste kugle skal beregnes som summen af magnetisk energiændring i trinnene, men denne beregning indebærer kendskab til magnetfelternes forløb før/efter sammenstød og magnetiseringskurver for kugle- og magnet-materiale.

Du kan lave et program på din PC, der fodret med magnetiseringskurver og geometriske udformninger, numerisk beregner udgangshastigheden i løbet af 2 - 3 timer.


Skriv et svar til: Hvordan virker en Gauss riffel

Du skal være logget ind, for at skrive et svar til dette spørgsmål. Klik her for at logge ind.
Har du ikke en bruger på Studieportalen.dk? Klik her for at oprette en bruger.