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Projet sur le thème du pistolet Gauss. Commencez par les sciences. Énergie cinétique du projectile

Nous présentons le circuit du pistolet électromagnétique basé sur le timer NE555 et la puce 4017B.

Le principe de fonctionnement d'un pistolet électromagnétique (Gauss) repose sur l'actionnement séquentiel rapide d'électro-aimants L1-L4, dont chacun crée une force supplémentaire qui accélère la charge métallique. Le temporisateur NE555 envoie des impulsions d'une période d'environ 10 ms à la puce 4017, la fréquence d'impulsion est signalée par la LED D1.

Lorsque vous appuyez sur le bouton PB1, le microcircuit IC2 ouvre séquentiellement avec le même intervalle les transistors TR1 à TR4, dans le circuit collecteur desquels sont inclus les électro-aimants L1-L4.

Pour fabriquer ces électro-aimants nous avons besoin d'un tube de cuivre de 25 cm de long et 3 mm de diamètre. Chaque bobine contient 500 tours de fil émaillé de 0,315 mm. Les bobines doivent être réalisées de manière à pouvoir bouger librement. Le projectile est un morceau de clou de 3 cm de long et 2 mm de diamètre.

Le pistolet peut être alimenté soit par une batterie de 25 V, soit par un secteur AC.

En changeant la position des électro-aimants, nous obtenons le meilleur effet ; sur la figure ci-dessus, on peut voir que l'intervalle entre chaque bobine augmente - cela est dû à l'augmentation de la vitesse du projectile.

Il ne s'agit bien sûr pas d'un véritable pistolet Gauss, mais d'un prototype fonctionnel, sur la base duquel il est possible, en renforçant le circuit, d'assembler un pistolet Gauss plus puissant.

Autres types d'armes électromagnétiques.

Outre les accélérateurs de masse magnétique, il existe de nombreux autres types d’armes qui utilisent l’énergie électromagnétique pour fonctionner. Examinons les types les plus connus et les plus courants.

Accélérateurs de masse électromagnétique.

En plus des « canons Gauss », il existe au moins 2 autres types d'accélérateurs de masse : les accélérateurs de masse à induction (bobine de Thompson) et les accélérateurs de masse sur rail, également connus sous le nom de « canons à rail ».

Le fonctionnement d’un accélérateur de masse à induction repose sur le principe de l’induction électromagnétique. Un courant électrique augmentant rapidement est créé dans un enroulement plat, ce qui provoque un champ magnétique alternatif dans l'espace qui l'entoure. Un noyau de ferrite est inséré dans le bobinage, à l'extrémité libre duquel est posé un anneau en matériau conducteur. Sous l'influence d'un flux magnétique alternatif pénétrant dans l'anneau, un courant électrique y apparaît, créant un champ magnétique de sens opposé par rapport au champ du bobinage. Avec son champ, l'anneau commence à s'éloigner du champ du bobinage et accélère, s'envolant de l'extrémité libre de la tige de ferrite. Plus l'impulsion de courant dans l'enroulement est courte et forte, plus l'anneau s'envole avec puissance.

L’accélérateur de masse ferroviaire fonctionne différemment. Dans celui-ci, un projectile conducteur se déplace entre deux rails - des électrodes (d'où son nom - railgun), à travers lesquels le courant est fourni.

La source de courant est connectée aux rails à leur base, de sorte que le courant circule comme à la poursuite du projectile, et le champ magnétique créé autour des conducteurs porteurs de courant est complètement concentré derrière le projectile conducteur. Dans ce cas, le projectile est un conducteur porteur de courant placé dans un champ magnétique perpendiculaire créé par les rails. Selon toutes les lois de la physique, le projectile est soumis à la force de Lorentz, dirigée dans la direction opposée à l'endroit où les rails sont reliés et accélérant le projectile. Un certain nombre de choses sont associées à la fabrication d'un railgun Problèmes sérieux- l'impulsion de courant devrait être si puissante et nette que le projectile n'aurait pas le temps de s'évaporer (après tout, un énorme courant le traverse !), mais une force accélératrice apparaîtrait, l'accélérant vers l'avant. Par conséquent, le matériau du projectile et du rail doit avoir la conductivité la plus élevée possible, le projectile doit avoir le moins de masse possible et la source de courant doit avoir autant de puissance et moins d'inductance que possible. Cependant, la particularité de l'accélérateur ferroviaire est qu'il est capable d'accélérer des masses ultra-faibles jusqu'à des vitesses extrêmement élevées. Dans la pratique, les rails sont en cuivre sans oxygène recouvert d'argent, des barres d'aluminium sont utilisées comme projectiles, une batterie de condensateurs haute tension est utilisée comme source d'alimentation et, avant d'entrer dans les rails, ils essaient de donner au projectile lui-même le vitesse initiale la plus élevée possible, en utilisant des pistolets pneumatiques ou à incendie.

En plus des accélérateurs de masse, les armes électromagnétiques comprennent des sources de puissants un rayonnement électromagnétique comme les lasers et les magnétrons.

Tout le monde connaît le laser. Il se compose d'un fluide de travail dans lequel, lorsqu'il est tiré, une population inverse de niveaux quantiques avec des électrons est créée, d'un résonateur pour augmenter la portée des photons à l'intérieur du fluide de travail et d'un générateur qui créera cette population très inverse. En principe, l'inversion de population peut être créée dans n'importe quelle substance, et de nos jours, il est plus facile de dire de quoi les lasers ne sont PAS faits.

Les lasers peuvent être classés par fluide de travail : rubis, CO2, argon, hélium-néon, solide (GaAs), alcool, etc., par mode de fonctionnement : pulsé, continu, pseudo-continu, peuvent être classés par le nombre de quantum niveaux utilisés : 3 niveaux, 4 niveaux, 5 niveaux. Les lasers sont également classés selon la fréquence du rayonnement généré : micro-ondes, infrarouge, vert, ultraviolet, rayons X, etc. L'efficacité du laser ne dépasse généralement pas 0,5 %, mais la situation a maintenant changé : les lasers à semi-conducteurs (lasers à semi-conducteurs basés sur GaAs) ont une efficacité supérieure à 30 % et peuvent aujourd'hui avoir une puissance de sortie allant jusqu'à 100(!) W. , c'est à dire. comparable aux puissants lasers rubis ou CO2 « classiques ». De plus, il existe des lasers à dynamique de gaz, qui ressemblent le moins aux autres types de lasers. Leur différence est qu’ils sont capables de produire un faisceau continu d’une puissance énorme, ce qui leur permet d’être utilisés à des fins militaires. Essentiellement, un laser à dynamique de gaz est un moteur à réaction doté d'un résonateur perpendiculaire au flux de gaz. Les gaz chauds sortant de la tuyère sont dans un état d'inversion de population.

Si vous y ajoutez un résonateur, un flux de photons de plusieurs mégawatts volera dans l'espace.

Pistolets à micro-ondes - l'unité fonctionnelle principale est un magnétron - une puissante source de rayonnement micro-ondes. L'inconvénient des pistolets à micro-ondes est qu'ils sont extrêmement dangereux à utiliser, même par rapport aux lasers : le rayonnement micro-ondes est fortement réfléchi par les obstacles et s'il est tiré à l'intérieur, littéralement tout ce qui se trouve à l'intérieur sera irradié ! De plus, les puissants rayonnements micro-ondes sont mortels pour toute électronique, ce dont il faut également tenir compte.

Et pourquoi, en fait, exactement le «pistolet Gauss», et non les lanceurs de disques, les railguns ou les armes à faisceau Thompson?

Le fait est que de tous les types d’armes électromagnétiques, c’est le pistolet Gauss qui est le plus simple à fabriquer. De plus, il a un rendement assez élevé par rapport aux autres tireurs électromagnétiques et peut fonctionner à basse tension.

À l'étape suivante la plus complexe se trouvent les accélérateurs à induction - les lanceurs de disques Thompson (ou transformateurs). Leur fonctionnement nécessite des tensions légèrement plus élevées que pour une gaussienne conventionnelle, puis, peut-être, en termes de complexité, il y a les lasers et les micro-ondes, et en tout dernier lieu se trouve le railgun, qui nécessite des matériaux de construction coûteux, une précision de calcul et de fabrication impeccable, un coût et source d'énergie puissante (une batterie de condensateurs haute tension) et bien d'autres choses coûteuses.

De plus, le pistolet Gauss, malgré sa simplicité, offre des possibilités incroyablement vastes en matière de solutions de conception et de recherche en ingénierie. Cette direction est donc très intéressante et prometteuse.

Pistolet à micro-ondes DIY

Tout d'abord, je vous préviens : cette arme est très dangereuse ; soyez extrêmement prudent lors de sa fabrication et de son utilisation !

Bref, je vous avais prévenu. Commençons maintenant la fabrication.

Nous prenons n’importe quel four à micro-ondes, de préférence celui le moins puissant et le moins cher.

S'il est grillé, ce n'est pas grave, tant que le magnétron fonctionne. Voici son schéma simplifié et sa vue interne.

1. Lampe d'éclairage.
2. Trous d'aération.
3. Magnétron.
4. Antenne.
5. Guide d'ondes.
6. Condensateur.
7. Transformateur.
8. Panneau de commande.
9. Conduisez.
10. Plateau rotatif.
11. Séparateur à rouleaux.
12. Loquet de porte.

Ensuite, nous en extrayons ce même magnétron. Le magnétron a été développé comme un puissant générateur d’oscillations électromagnétiques dans la gamme des micro-ondes destiné à être utilisé dans les systèmes radar. Les fours à micro-ondes contiennent des magnétrons avec une fréquence micro-ondes de 2 450 MHz. Le fonctionnement d'un magnétron utilise le processus de mouvement des électrons en présence de deux champs - magnétique et électrique, perpendiculaires l'un à l'autre. Un magnétron est un tube ou une diode à deux électrodes contenant une cathode chaude qui émet des électrons et une anode froide. Le magnétron est placé dans un champ magnétique externe.

Pistolet Gauss bricolage

L'anode du magnétron a une structure monolithique complexe avec un système de résonateurs nécessaire pour compliquer la structure du champ électrique à l'intérieur du magnétron. Le champ magnétique est créé par des bobines de courant (électroaimant), entre les pôles desquelles est placé un magnétron. Si champ magnétique si ce n’était pas le cas, alors les électrons sortant de la cathode avec pratiquement aucune vitesse initiale se déplaceraient dans le champ électrique le long de lignes droites perpendiculaires à la cathode et tomberaient tous sur l’anode. En présence d’un champ magnétique perpendiculaire, les trajectoires des électrons sont courbées par la force de Lorentz.

Sur notre marché radio, nous vendons des magnétrons d'occasion pour 15e.

Il s'agit d'un magnétron en section transversale et sans radiateur.

Il faut maintenant savoir comment l'alimenter. Le diagramme montre que le filament requis est de 3 V 5 A et l'anode est de 3 kV 0,1 A. Les valeurs de puissance indiquées s'appliquent aux magnétrons issus de micro-ondes faibles, et pour les plus puissants elles peuvent être légèrement plus élevées. La puissance magnétron des fours à micro-ondes modernes est d’environ 700 W.

Pour la compacité et la mobilité du pistolet à micro-ondes, ces valeurs peuvent être quelque peu réduites - tant que la génération se produit. Nous alimenterons le magnétron à partir d'un convertisseur avec une batterie provenant d'une alimentation sans interruption d'un ordinateur.

La valeur nominale est de 12 volts 7,5 ampères. Quelques minutes de combat devraient suffire. La chaleur du magnétron est de 3 V, obtenue à l'aide de la puce stabilisatrice LM150.

Il est conseillé d'allumer le chauffage quelques secondes avant d'allumer la tension anodique. Et nous amenons des kilovolts à l'anode depuis le convertisseur (voir schéma ci-dessous).

L'alimentation du filament et du P210 est fournie en allumant l'interrupteur à bascule principal quelques secondes avant le tir, et le tir lui-même est tiré avec un bouton qui alimente l'oscillateur principal du P217. Les données du transformateur sont tirées du même article, seulement nous enroulons le secondaire Tr2 avec 2000 - 3000 tours de PEL0.2. À partir de l'enroulement résultant, le courant alternatif est envoyé à un simple redresseur demi-onde.

Un condensateur haute tension et une diode peuvent être extraits du micro-ondes ou, s'ils ne sont pas disponibles, remplacés par une diode 0,5 µF - 2 kV - KTs201E.

Pour diriger le rayonnement et couper les lobes inverses (afin qu’il ne soit pas capté), on place le magnétron dans le cornet. Pour ce faire, nous utilisons un klaxon métallique provenant de cloches d'école ou de haut-parleurs de stade. En dernier recours, vous pouvez prendre un cylindre pot d'un litre sous la peinture.

L'ensemble du pistolet à micro-ondes est placé dans un boîtier constitué d'un tuyau épais d'un diamètre de 150 à 200 mm.

Eh bien, l'arme est prête. Il peut être utilisé pour brûler l'ordinateur de bord et les alarmes de voiture, brûler le cerveau et les téléviseurs de mauvais voisins et chasser les créatures qui courent et volent. J'espère que vous ne lancerez jamais cette arme à micro-ondes - pour votre propre sécurité.

Compilé par: Patlakh V.V.
http://patlah.ru

ATTENTION!

Canon Gauss (fusil Gauss)

Autres noms : pistolet Gauss, pistolet Gauss, fusil Gauss, pistolet Gauss, fusil accélérateur.

Le fusil Gauss (ou sa variante plus grande, le pistolet Gauss), comme le railgun, est une arme électromagnétique.

Pistolet Gauss

À l'heure actuelle, il n'existe pas d'échantillons militaro-industriels, bien qu'un certain nombre de laboratoires (pour la plupart amateurs et universitaires) continuent de travailler avec acharnement à la création de ces armes. Le système porte le nom du scientifique allemand Carl Gauss (1777-1855). Personnellement, je n’arrive pas à comprendre pourquoi le mathématicien a eu si peur (je n’y arrive toujours pas, ou plutôt, je n’ai pas les informations pertinentes). Gauss avait beaucoup moins à voir avec la théorie de l'électromagnétisme que, par exemple, Oersted, Ampère, Faraday ou Maxwell, mais le pistolet a néanmoins été nommé en son honneur. Le nom est resté et nous l'utiliserons donc également.

Principe de fonctionnement:
Un fusil Gauss est constitué de bobines (électro-aimants puissants) montées sur un canon en diélectrique. Lorsqu'un courant est appliqué, les électro-aimants sont allumés l'un après l'autre pendant un court instant dans la direction allant du récepteur au canon. Ils attirent à tour de rôle une balle d'acier (une aiguille, une fléchette ou un projectile, si l'on parle d'un canon) et l'accélèrent ainsi à des vitesses importantes.

Avantages de l'arme :
1. Manque de cartouche. Cela vous permet d'augmenter considérablement la capacité du chargeur. Par exemple, un chargeur contenant 30 cartouches peut charger 100 à 150 balles.
2. Cadence de tir élevée. Théoriquement, le système vous permet de commencer à accélérer la balle suivante avant même que la précédente ne quitte le canon.
3. Prise de vue silencieuse. La conception de l'arme elle-même vous permet de vous débarrasser de la plupart des composants acoustiques du tir (voir critiques), de sorte que le tir avec un fusil Gauss ressemble à une série de bruits à peine audibles.
4. Pas de flash de démasquage. Cette propriété est particulièrement utile la nuit.
5. Faible recul. Pour cette raison, lors du tir, le canon de l'arme ne se lève pratiquement pas et la précision du tir augmente donc.
6. Fiabilité. Le fusil Gauss n'utilise pas de cartouches et la question des munitions de mauvaise qualité disparaît donc immédiatement. Si, en plus de cela, on se souvient de l'absence de mécanisme de déclenchement, alors la notion même de « raté d'allumage » peut être oubliée comme un mauvais rêve.
7. Résistance accrue à l’usure. Cette propriété est due au petit nombre de pièces mobiles, aux faibles charges sur les composants et les pièces pendant le tir et à l'absence de produits de combustion de poudre à canon.
8. Possibilité d'utilisation comme dans Cosmos, et dans des atmosphères qui suppriment la combustion de la poudre à canon.
9. Vitesse de balle réglable. Cette fonction permet, si nécessaire, de réduire la vitesse de la balle en dessous du son. En conséquence, les pops caractéristiques disparaissent et le fusil Gauss devient complètement silencieux, et donc adapté aux opérations spéciales secrètes.

Inconvénients des armes :
Parmi les inconvénients des fusils Gauss, on cite souvent les suivants : faible rendement, consommation d'énergie élevée, poids lourd et dimensions, longue durée recharger les condensateurs, etc. Je tiens à dire que tous ces problèmes sont causés uniquement par le niveau développement moderne technologie. À l’avenir, avec la création de sources d’énergie compactes et puissantes utilisant de nouveaux matériaux structurels et supraconducteurs, le canon Gauss pourra véritablement devenir une arme puissante et efficace.

En littérature bien sûr, en littérature fantastique, William Keith a armé les légionnaires d'un fusil gauss dans sa série « Cinquième Légion étrangère ». (Un de mes livres préférés !) Il était également au service des militaristes de la planète Klisand, sur laquelle Jim di Gris a atterri dans le roman d'Harrison « La revanche du rat d'acier inoxydable ». On dit que Gausovka se retrouve également dans les livres de la série S.T.A.L.K.E.R., mais je n'en ai lu que cinq. Je n’ai rien trouvé de tel là-bas et je ne parlerai pas pour les autres.

Quant à mon travail personnel, dans mon nouveau roman « Maraudeurs », j'ai offert une carabine Metel-16 gauss fabriquée à Tula à mon personnage principal Sergueï Korn. Certes, il ne le possédait qu'au début du livre. Après tout personnage principal après tout, ce qui signifie qu’il mérite une arme plus impressionnante.

Oleg Chovkounenko

Avis et commentaires :

Alexandre 29/12/13
Selon le point 3, un tir avec une vitesse de balle supersonique sera de toute façon bruyant. Pour cette raison pour armes silencieuses des cartouches subsoniques spéciales sont utilisées.
Selon le point 5, le recul sera inhérent à toute arme tirant des « objets matériels » et dépend du rapport des masses de la balle et de l’arme, ainsi que de l’impulsion de la force accélérant la balle.
Selon le paragraphe 8, aucune atmosphère ne peut affecter la combustion de la poudre à canon dans une cartouche scellée. Dans l’espace, les armes à feu tireront également.
Le problème ne peut résider que dans la stabilité mécanique des pièces d’armes et les propriétés des lubrifiants à des températures ultra-basses. Mais ce problème peut être résolu et, dès 1972, des tirs d'essai ont été effectués dans l'espace à partir d'un canon orbital de la station orbitale militaire OPS-2 (Salyut-3).

Oleg Chovkounenko
Alexander, c'est bien que tu l'aies écrit.

Pour être honnête, j’ai fait une description de l’arme en me basant sur ma propre compréhension du sujet. Mais peut-être que j'avais tort sur quelque chose. Voyons cela ensemble point par point.

Point n°3. "Tir silencieux."
Autant que je sache, le bruit d'un coup de feu provenant de n'importe quel armes à feu se compose de plusieurs éléments :
1) Le son, ou mieux encore, les bruits du mécanisme de l'arme en fonctionnement. Cela inclut l'impact du percuteur sur la capsule, le cliquetis du verrou, etc.
2) Le son créé par l'air remplissant le canon avant le tir. Il est déplacé à la fois par la balle et par les gaz en poudre s'infiltrant par les canaux du fusil.
3) Le bruit que les gaz en poudre eux-mêmes créent lors d'une expansion et d'un refroidissement soudains.
4) Son créé par une onde de choc acoustique.
Les trois premiers points ne s’appliquent pas du tout à la gaussienne.

Je prévois une question sur l'air dans le canon, mais dans un fût Gauss-vintage il n'est pas du tout nécessaire d'être solide et tubulaire, ce qui veut dire que le problème disparaît de lui-même. Il reste donc le point numéro 4, qui est exactement ce dont vous, Alexander, parlez. Je tiens à dire que l'onde de choc acoustique est loin d'être la partie la plus bruyante du plan. Les silencieux des armes modernes ne le combattent pratiquement pas du tout. Et pourtant, une arme à feu dotée d’un silencieux est encore dite silencieuse. Par conséquent, la gaussienne peut également être qualifiée de silencieuse. Au fait, merci beaucoup de me le rappeler. J'ai oublié de mentionner parmi les avantages du pistolet Gauss la possibilité d'ajuster la vitesse de la balle. Après tout, il est possible de définir un mode subsonique (qui rendra l'arme complètement silencieuse et destinée aux actions secrètes en combat rapproché) et supersonique (c'est pour une vraie guerre).

Point n°5. "Presque aucun retour."
Bien entendu, le pistolet à gaz a également un recul. Où serions-nous sans elle ?! La loi de conservation de la quantité de mouvement n'a pas encore été annulée. Seul le principe de fonctionnement d'un fusil Gauss le rendra non pas explosif, comme dans une arme à feu, mais plutôt allongé et lisse, et donc beaucoup moins perceptible pour le tireur. Même si, pour être honnête, ce ne sont que mes soupçons. Je n'ai jamais tiré avec une arme comme celle-ci auparavant :))

Point n°8. "Possibilité d'utilisation comme dans l'espace...".
Eh bien, je n’ai rien dit du tout sur l’impossibilité d’utiliser des armes à feu dans l’espace. Seulement il faudra le refaire de telle manière, il faudra résoudre tellement de problèmes techniques qu'il sera plus facile de créer un canon de Gauss :)) Quant aux planètes avec des atmosphères spécifiques, l'utilisation d'armes à feu sur elles peut en effet être non seulement difficile, mais aussi dangereux. Mais cela vient déjà de la section fantastique, en fait, et c'est ce que fait votre humble serviteur.

Viatcheslav 05/04/14
Merci pour histoire intéressante sur les armes. Tout est très accessible et disposé sur les étagères. J'aimerais également un schéma pour plus de clarté.

Oleg Chovkounenko
Vyacheslav, j'ai inséré le schéma, comme vous l'avez demandé).

intéressé 22.02.15
"Pourquoi un fusil Gaus ?" - Wikipédia dit cela parce qu'il a jeté les bases de la théorie de l'électromagnétisme.

Oleg Chovkounenko
Premièrement, selon cette logique, la bombe aérienne aurait dû être appelée « bombe de Newton », car elle tombe au sol, obéissant à la loi. gravité universelle. Deuxièmement, dans le même Wikipédia, Gauss n'est pas du tout mentionné dans l'article « Interaction électromagnétique ». C’est bien que nous soyons tous des gens instruits et que nous nous souvenions que Gauss a dérivé le théorème du même nom. Il est vrai que ce théorème est inclus dans les équations plus générales de Maxwell, donc Gauss semble ici de nouveau sur la bonne voie en « posant les bases de la théorie de l’électromagnétisme ».

Evgeny 05.11.15
Le fusil Gaus est un nom inventé pour l'arme. Il est apparu pour la première fois dans le légendaire jeu post-apocalyptique Fallout 2.

Romain 26/11/16
1) sur ce que Gauss a à voir avec le nom) j'ai lu sur Wikipédia, mais pas l'électromagnétisme, mais le théorème de Gauss ; ce théorème est la base de l'électromagnétisme et est la base des équations de Maxwell.
2) le rugissement d'un tir est principalement dû à la forte expansion des gaz en poudre. parce que la balle est supersonique et coupée à 500 m du canon, mais il n'y a pas de rugissement! juste un sifflement aérien coupé par l'onde de choc d'une balle et c'est tout !)
3) sur le fait qu'ils disent qu'il y a des échantillons d'armes légères et qu'ils se taisent parce qu'ils disent que la balle est subsonique - c'est un non-sens ! Lorsque des arguments sont présentés, vous devez comprendre l’essence du problème ! le tir est silencieux non pas parce que la balle est subsonique, mais parce que les gaz de poudre ne s'échappent pas du canon ! découvrez le pistolet PSS dans Wik.

Oleg Chovkounenko
Roman, es-tu par hasard un parent de Gauss ? Vous défendez avec trop de zèle son droit à ce nom. Personnellement, je m'en fous, si les gens aiment ça, que ce soit un pistolet Gauss. Pour tout le reste, lisez les critiques de l'article, la question du silence y a déjà été abordée en détail. Je ne peux rien ajouter de nouveau à cela.

Dasha 12/03/17
J'écris de la science-fiction. Opinion : L’ACCÉLÉRATION est l’arme du futur. Je n'attribuerais pas à un étranger le droit d'avoir la primauté dans cette arme. L’ACCÉLÉRATION Russe FERA SÛREMENT AVANCER l’Occident pourri. Il vaut mieux ne pas donner à un étranger pourri le DROIT D'APPELER UNE ARME PAR SON NOM DE MERDE ! Les Russes ont plein de leurs propres gars intelligents ! (injustement oublié). À propos, la mitrailleuse Gatling (pistolet) est apparue PLUS TARD que le SOROKA russe (système de canon rotatif). Gatling a simplement breveté une idée volée à la Russie. (Nous l'appellerons désormais Goat Gatl pour cela !). Par conséquent, Gauss n’a rien à voir non plus avec l’accélération des armes !

Oleg Chovkounenko
Dasha, le patriotisme est bien sûr bon, mais seulement sain et raisonnable. Mais avec le canon Gauss, comme on dit, le train est parti. Le terme a déjà fait son chemin, comme bien d’autres. Nous ne changerons pas les concepts : Internet, carburateur, football, etc. Cependant, peu importe de quel nom telle ou telle invention est nommée, l'essentiel est de savoir qui peut l'amener à la perfection ou, comme dans le cas du fusil Gauss, au moins à un état de combat. Malheureusement, je n'ai pas encore entendu parler du développement sérieux des systèmes de combat Gauss, tant en Russie qu'à l'étranger.

Bojkov Alexandre 26/09/17
Tout est clair. Mais est-il possible d'ajouter des articles sur d'autres types d'armes ? : A propos du pistolet thermite, de l'électrolanceur, du BFG-9000, de l'arbalète Gauss, de la mitrailleuse ectoplasmique.

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Pistolet Gauss bricolage

Malgré sa taille relativement modeste, le pistolet Gauss est l’arme la plus sérieuse que nous ayons jamais construite. Dès les premières étapes de sa fabrication, la moindre négligence dans la manipulation de l'appareil ou de ses composants individuels peut entraîner un choc électrique.

Pistolet Gauss. Le schéma le plus simple

Sois prudent!

L'élément de puissance principal de notre arme est l'inducteur

Pistolet Gauss à rayons X

Localisation des contacts sur le circuit de charge d'un appareil photo jetable Kodak

Posséder une arme qui, même en jeux d'ordinateur ah ne peut être trouvé que dans le laboratoire d'un savant fou ou à proximité d'un portail temporel vers le futur - c'est cool. Regarder comment les gens indifférents à la technologie fixent involontairement leur regard sur l'appareil et les joueurs passionnés ramassent à la hâte leur mâchoire du sol - pour cela, cela vaut la peine de passer une journée à assembler un canon Gauss.

Comme d'habitude, nous avons décidé de commencer par la conception la plus simple : un pistolet à induction à bobine unique. Les expériences d'accélération à plusieurs étages d'un projectile ont été laissées à des ingénieurs électroniciens expérimentés qui ont pu construire un système de commutation complexe utilisant de puissants thyristors et affiner les moments d'activation séquentielle des bobines. Au lieu de cela, nous nous sommes concentrés sur la capacité de créer un plat en utilisant des ingrédients largement disponibles. Donc, pour construire un canon Gauss, il faut avant tout faire du shopping. Dans le magasin de radio, vous devez acheter plusieurs condensateurs d'une tension de 350 à 400 V et d'une capacité totale de 1 000 à 2 000 microfarads, du fil de cuivre émaillé d'un diamètre de 0,8 mm, des compartiments à piles pour le Krona et deux C-1,5 volts. type piles, un interrupteur à bascule et un bouton. Dans les produits photographiques, prenons cinq appareils photo jetables Kodak, dans les pièces automobiles - un simple relais à quatre broches d'un Zhiguli, dans les "produits" - un paquet de pailles à cocktail et dans les "jouets" - un pistolet en plastique, une mitrailleuse, un fusil de chasse , fusil de chasse ou toute autre arme à feu que vous souhaitez transformer en une arme du futur.

Faisons les fous

Le principal élément de puissance de notre arme est l’inducteur. Lors de sa fabrication, il vaut la peine de commencer à assembler l'arme. Prenez un morceau de paille de 30 mm de long et deux grosses rondelles (en plastique ou en carton), assemblez-les en bobine à l'aide d'une vis et d'un écrou. Commencez à enrouler soigneusement le fil émaillé dessus, tour à tour (avec un fil de grand diamètre, c'est assez simple). Faites attention à ne pas plier brusquement le fil et à ne pas endommager l'isolation. Après avoir terminé la première couche, remplissez-la de superglue et commencez à enrouler la suivante. Faites cela avec chaque couche. Au total, vous devez enrouler 12 couches. Ensuite vous pourrez démonter le moulinet, retirer les rondelles et poser le moulinet sur une longue paille, qui servira de tonneau. Une extrémité de la paille doit être bouchée. Il est facile de vérifier la bobine finie en la connectant à une pile de 9 volts : si elle tient le poids trombone, alors vous avez réussi. Vous pouvez insérer une paille dans la bobine et la tester comme solénoïde : elle doit activement attirer un morceau de trombone vers elle-même et, une fois connectée, le jeter hors du canon de 20 à 30 cm.

Disséquer les valeurs

Une batterie de condensateurs est idéale pour générer une puissante impulsion électrique (dans cet avis, nous sommes d'accord avec les créateurs des railguns de laboratoire les plus puissants). Les condensateurs sont bons non seulement pour leur grande capacité énergétique, mais aussi pour leur capacité à libérer toute l'énergie en très peu de temps, avant que le projectile n'atteigne le centre de la bobine. Cependant, les condensateurs doivent être chargés d’une manière ou d’une autre. Heureusement, le chargeur dont nous avons besoin est disponible dans n'importe quel appareil photo : un condensateur y est utilisé pour générer une impulsion haute tension pour l'électrode d'allumage du flash. Les appareils photo jetables fonctionnent mieux pour nous car le condensateur et le « chargeur » sont les seuls composants électriques dont ils disposent, ce qui signifie que retirer le circuit de charge est un jeu d’enfant.

Le démontage d'un appareil photo jetable est une étape où vous devez commencer à être prudent. Lors de l'ouverture du boîtier, essayez de ne pas toucher les éléments du circuit électrique : le condensateur peut conserver une charge longtemps. Après avoir accédé au condensateur, court-circuitez d'abord ses bornes avec un tournevis à manche diélectrique. Ce n'est qu'après cela que vous pourrez toucher la planche sans craindre de recevoir un choc électrique. Retirez les supports de batterie du circuit de charge, dessoudez le condensateur, soudez un cavalier aux contacts du bouton de charge - nous n'en aurons plus besoin. Préparez au moins cinq cartes de chargement de cette manière. Faites attention à l'emplacement des pistes conductrices sur la carte : vous pouvez connecter les mêmes éléments du circuit à différents endroits.

Fixer des priorités

La sélection de la capacité du condensateur est une question de compromis entre l'énergie du tir et le temps de chargement du pistolet. Nous avons opté pour quatre condensateurs de 470 microfarads (400 V) connectés en parallèle. Avant chaque tir, nous attendons environ une minute un signal des LED sur les circuits de charge, indiquant que la tension dans les condensateurs a atteint les 330 V requis. Le processus de charge peut être accéléré en connectant plusieurs compartiments de batterie de 3 volts dans parallèlement aux circuits de charge. Cependant, il convient de garder à l’esprit que les puissantes batteries « C » ont un courant excessif pour les circuits faibles de l’appareil photo. Pour éviter que les transistors des cartes ne grillent, chaque ensemble de 3 volts doit avoir 3 à 5 circuits de charge connectés en parallèle. Sur notre pistolet, un seul compartiment à piles est connecté aux « chargeurs ». Tous les autres servent de magasins de rechange.

Définir des zones de sécurité

Nous ne conseillons à personne de maintenir sous le doigt un bouton qui décharge une batterie de condensateurs de 400 volts. Pour contrôler la descente, mieux vaut installer un relais. Son circuit de commande est connecté à une pile de 9 volts via le déclencheur, et le circuit de commande est connecté au circuit entre la bobine et les condensateurs. Un diagramme schématique vous aidera à assembler correctement le pistolet. Lors de l'assemblage d'un circuit haute tension, utilisez un fil d'une section d'au moins un millimètre ; tous les fils fins conviennent aux circuits de charge et de contrôle.

Lorsque vous expérimentez le circuit, n'oubliez pas : les condensateurs peuvent avoir une charge résiduelle. Décharge par court-circuit avant de les toucher.

Résumons-le

Le processus de prise de vue ressemble à ceci : allumez l’interrupteur d’alimentation ; attendez que les LED brillent vivement ; abaissez le projectile dans le canon de manière à ce qu'il soit légèrement en arrière de la bobine ; coupez l'alimentation afin que lors du tir, les batteries ne prennent pas d'énergie d'elles-mêmes ; visez et appuyez sur le déclencheur. Le résultat dépend en grande partie de la masse du projectile. En utilisant un ongle court avec une tête arrachée, nous avons réussi à tirer à travers un pot avec boisson énergisante, qui a explosé et inondé la moitié de la rédaction d’une fontaine. Puis le pistolet, nettoyé de la soude collante, a lancé un clou dans le mur à une distance de cinquante mètres. Et notre arme frappe le cœur des fans de science-fiction et de jeux informatiques sans aucun obus.

Compilé par: Patlakh V.V.
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Pistolet Gauss. Travaux de recherche scientifique des élèves de la classe 9 "A" Kurichin Oleg et Kozlov Konstantin.

Le pistolet Gauss est le nom le plus courant pour un appareil dont le principe de fonctionnement repose sur l'utilisation d'un puissant électro-aimant pour accélérer des objets. Typiquement, un électro-aimant est constitué d'un noyau ferromagnétique sur lequel est enroulé un fil (ci-après dénommé le bobinage). Lorsque le courant traverse le bobinage, un champ magnétique est généré.

Le pistolet Gauss se compose d'un solénoïde dans lequel se trouve un canon (généralement en diélectrique). Un projectile (constitué d'un matériau ferromagnétique) est inséré à une extrémité du canon. En cas de fuite courant électrique Un champ magnétique apparaît dans le solénoïde, qui accélère le projectile, le « tirant » dans le solénoïde. Dans ce cas, le projectile reçoit aux extrémités du pôle une charge symétrique aux charges aux pôles de la bobine, c'est pourquoi, après avoir traversé le centre du solénoïde, le projectile est attiré en sens inverse, c'est-à-dire qu'il est ralenti.

Mais si, au moment où le projectile traverse le milieu du solénoïde, le courant y est coupé, le champ magnétique disparaîtra et le projectile s'envolera de l'autre extrémité du canon. Lorsque la source d'alimentation est éteinte, un courant d'auto-induction se forme dans la bobine, qui a le sens opposé du courant, et change donc la polarité de la bobine.

Cela signifie que lorsque la source d'alimentation est brusquement coupée, un projectile volant au-delà du centre de la bobine sera repoussé et accéléré davantage. Sinon, si le projectile n’atteint pas le centre, il décélérera. Pour un effet optimal, l'impulsion de courant dans le solénoïde doit être courte et puissante.

En règle générale, pour obtenir une telle impulsion, des condensateurs électriques à haute tension de fonctionnement sont utilisés. Les paramètres de l'enroulement, du projectile et des condensateurs doivent être coordonnés de telle sorte que lors du tir, au moment où le projectile s'approche du milieu de l'enroulement, le courant dans ce dernier aurait déjà diminué jusqu'à une valeur minimale (c'est-à-dire le la charge des condensateurs aurait déjà été complètement consommée). Dans ce cas, l'efficacité d'un pistolet Gauss à un étage sera maximale.

Les unités avec une seule bobine ne sont généralement pas très efficaces. Afin d'obtenir une vitesse de vol du projectile très élevée, il est nécessaire d'assembler un système dans lequel les bobines s'allumeront une à une, attirant le projectile vers elles, et s'éteindront automatiquement lorsqu'il atteindra le milieu de la bobine. La figure montre une version d'une telle installation avec plusieurs bobines.

Le canon Gauss en tant qu'arme présente des avantages que les autres types d'armes légères n'ont pas. Il s'agit de l'absence de cartouches et du choix illimité de la vitesse et de l'énergie initiales de la munition, ainsi que de la cadence de tir du canon, de la possibilité d'un tir silencieux (si la vitesse du projectile ne dépasse pas la vitesse du son), y compris sans changer le canon et les munitions, un recul relativement faible (égal à l'impulsion du projectile éjecté, il n'y a pas d'impulsion supplémentaire des gaz en poudre ou des pièces mobiles), théoriquement, une plus grande fiabilité et résistance à l'usure, ainsi que la capacité de travailler dans toutes conditions, y compris l’espace extra-atmosphérique.

Naturellement, les militaires s’intéressent à de tels développements. En 2008, les Américains ont assemblé le canon EMRG. En voici un peu plus : le 02. 2008, le canon électromagnétique le plus puissant au monde a été testé. La marine américaine a testé le canon électromagnétique le plus puissant au monde, l'EMRG, sur un site d'essai en Virginie. Le canon EMRG, créé pour les navires de surface, est considéré comme une arme prometteuse de la seconde moitié du XXIe siècle. Tout d’abord parce que cet appareil, sans l’aide d’une charge de poudre, donne au projectile une vitesse de 9 000 km/h, soit plusieurs fois la vitesse du son. Le projectile gagne cette vitesse grâce à son vol à travers le puissant champ électromagnétique créé par le canon. Force destructrice d'un tel projectile est également très élevé. Lors des tests, en raison de l'énergie cinétique élevée, le projectile a complètement détruit l'ancien bunker en béton. Cela signifie qu'à l'avenir, les explosifs pourront être abandonnés pour détruire de tels objets. De plus, un projectile à accélération électromagnétique est capable de parcourir une distance plus longue que les projectiles conventionnels - jusqu'à 500 km. Eh bien, le principal avantage d’un pistolet électromagnétique est que ses projectiles ne sont pas explosifs, ce qui signifie qu’ils sont plus sûrs. De plus, il ne laisse pas de cartouches chargées de poudre ou de produits chimiques.

Cependant, l’armée américaine n’est pas la seule à assembler des canons Gauss. Il n'y a pas si longtemps, Alan Parek a construit sa propre configuration. Il lui a fallu 40 heures et 100 euros pour le créer. Le pistolet pèse 5 kg, est conçu pour 14 tirs et dispose d'un mode de tir semi-automatique. Voici une photo de cette installation.

Cependant, malgré l'apparente simplicité du pistolet Gauss et ses avantages, son utilisation comme arme se heurte à de sérieuses difficultés. La première difficulté est le faible rendement de l'installation. Seulement 1 à 7 % de la charge du condensateur est convertie en énergie cinétique du projectile. Cet inconvénient peut être partiellement compensé en utilisant un système d'accélération de projectile à plusieurs étages, mais dans tous les cas, l'efficacité atteint rarement 27 %. Par conséquent, le pistolet Gauss est inférieur en termes de force de tir, même aux armes pneumatiques. La deuxième difficulté est la consommation d'énergie élevée (due au faible rendement) et le temps de recharge des condensateurs assez long, ce qui oblige à emporter une source d'alimentation (généralement une batterie puissante) avec le pistolet Gauss. L'efficacité peut être considérablement augmentée en utilisant des solénoïdes supraconducteurs, mais cela nécessitera un système de refroidissement puissant, ce qui réduira considérablement la mobilité du canon Gauss. La troisième difficulté découle des deux premières. Il s'agit du poids et des dimensions importants de l'installation, avec son faible rendement.

Nous avons également assemblé une installation similaire utilisant un tube de verre d'environ 1 m de long, une inductance de 100 spires et 3 condensateurs d'une capacité chacun de 58 microns. F (tout cela a été trouvé dans la classe de physique).

Nous avons rassemblé différentes options de montage et essayé de déterminer quelle forme de projectile serait la plus adaptée au tir. L du projectile 1 cm 2 cm 3 cm 4 cm L du tir 1, 5 m 3, 14 m 3, 2 m m D du projectile 1 cm 0,5 cm 1 mm L du tir 1, 87 m 2, 87 m 3, 21 m 2 , 5 m Tableau 2. La longueur du projectile change (l'épaisseur est constante). 0,5 mm Tableau 3. L'épaisseur du projectile change (longueur L = 3 cm, le meilleur de l'expérience précédente).

Notre deuxième objectif était de savoir quel nombre de tours dans la bobine d'installation et quelle capacité du condensateur permettrait au projectile de voler au mieux. 174 100000 C 58 116 μm condensat μm μm μ. F F ra F F L tir 0,9 m 1,7 m 3,1 m 0,6 m N tours 0,2 m 100 pièces L tir 3. 07 m 200 pièces 300 pièces 400 pièces 2. 84 m 2. 7 m 2. 56 m

Les meilleures caractéristiques du projectile et de l'installation dans les précédents Vous remarquerez que les meilleures caractéristiques dans les tableaux ont été surlignées en rouge. se situent au « milieu », entre les valeurs les plus grandes et les plus U 40 à 80 à 160 à 220 à petites. conden C'est assez facile à expliquer. satator Le temps de décharge complète du condensateur est égal au quart de la période. Par conséquent, ayant une grande capacité, le condensateur L 1 m 1, 7 m 3, 3 m 3, 21 m mettra beaucoup de temps à se décharger. En conséquence, nous obtiendrons une courte portée du projectile. la De plus, une installation avec une faible tension de condensateur a une grande capacité, ce qui, comme mentionné ci-dessus, affecte la portée de vol du projectile. .

Comme le montre le tableau, la longueur du canon ne joue pas ici un rôle particulier. L du projectile 1,7 cm 0,5 m 1 m L du tir 3,01 m 2,98 m 3,08 m Pourtant, l'un des objectifs de nos recherches a été atteint - nous avons découvert quelles caractéristiques de la bobine et du projectile permettront à ce dernier de voler le le plus loin. Comme déjà mentionné, il s'agit d'un condensateur d'une capacité de 174 microns. F, longueur de canon 1 m et 100 tours dans la bobine. Nous avons pris la tension des condensateurs à 220 V. Le clou utilisé comme projectile mesure environ 1 mm de diamètre et 3 cm de longueur.

Après toutes les recherches, nous avons réalisé ce qui suit : la possibilité de l'existence d'un canon Gauss a été prouvée, ce qui signifie que l'objectif de la recherche a été atteint.

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1. Introduction.

Le pistolet électromagnétique Gauss est connu de tous les fans de jeux informatiques et de science-fiction. Il doit son nom au physicien allemand Carl Gauss, qui étudia les principes de l'électromagnétisme. Mais les armes fantastiques et mortelles sont-elles vraiment si loin de la réalité ?

Grâce au cours de physique à l'école, nous avons appris que le courant électrique traversant les conducteurs crée un champ magnétique autour d'eux. Plus le courant est important, plus le champ magnétique est fort. Le champ magnétique d'une bobine conductrice de courant, c'est-à-dire d'un inducteur (solénoïde), présente le plus grand intérêt pratique. Si une bobine de courant est suspendue à des conducteurs minces, elle sera installée dans la même position que l'aiguille de la boussole. Cela signifie que l'inducteur a deux pôles : nord et sud.

Le pistolet Gauss se compose d'un solénoïde à l'intérieur duquel se trouve un canon diélectrique. Un projectile constitué d'un matériau ferromagnétique est inséré à une extrémité du canon. Lorsqu'un courant électrique circule dans le solénoïde, un champ magnétique apparaît, qui accélère le projectile, le « tirant » dans le solénoïde. Dans ce cas, des pôles sont formés aux extrémités du projectile, symétriques aux pôles de la bobine, grâce auxquels, après avoir passé le centre du solénoïde, le projectile peut être attiré dans la direction opposée et décéléré.

Pour un effet optimal, l'impulsion de courant dans le solénoïde doit être courte et puissante. En règle générale, des condensateurs électriques sont utilisés pour obtenir une telle impulsion. Les paramètres de l'enroulement, du projectile et des condensateurs doivent être coordonnés de telle sorte que lorsqu'un coup de feu est tiré, au moment où le projectile s'approche du solénoïde, l'induction du champ magnétique dans le solénoïde est maximale, mais avec une approche ultérieure du projectile, elle chute brusquement.

Le canon Gauss en tant qu'arme présente des avantages que les autres types d'armes légères n'ont pas. C'est l'absence de cartouches, le choix illimité de la vitesse initiale et de l'énergie des munitions, la possibilité d'un tir silencieux, y compris sans changer de canon et de munitions. Recul relativement faible (égal à l'impulsion du projectile éjecté, il n'y a pas d'impulsion supplémentaire provenant des gaz en poudre ou des pièces mobiles). Théoriquement, une plus grande fiabilité et résistance à l'usure, ainsi que la capacité de travailler dans toutes les conditions, y compris dans l'espace. Il est également possible d'utiliser des canons Gauss pour lancer des satellites légers en orbite.

Cependant, malgré son apparente simplicité, son utilisation comme arme se heurte à de sérieuses difficultés :

Faible efficacité - environ 10%. Cet inconvénient peut être partiellement compensé en utilisant un système d'accélération de projectile à plusieurs étages, mais dans tous les cas, l'efficacité atteint rarement 30 %. Par conséquent, le pistolet Gauss est inférieur en termes de force de tir, même aux armes pneumatiques. La deuxième difficulté est la consommation d'énergie élevée et le temps de recharge cumulé assez long des condensateurs, qui oblige à emporter une source d'alimentation avec le canon Gauss. L'efficacité peut être considérablement augmentée en utilisant des solénoïdes supraconducteurs, mais cela nécessitera un système de refroidissement puissant, ce qui réduira considérablement la mobilité du canon Gauss.

Temps de rechargement élevé entre les tirs, c'est-à-dire une faible cadence de tir. Peur de l'humidité, car si elle est mouillée, cela choquera le tireur lui-même.

Mais le problème principal Il s'agit de puissantes sources d'énergie pour armes à feu, qui sont actuellement encombrantes, ce qui affecte la mobilité.

Ainsi, aujourd'hui, le canon Gauss pour armes à faible létalité (mitrailleuses, mitrailleuses, etc.) n'a pas beaucoup de promesses en tant qu'arme, car il est nettement inférieur aux autres types. petites armes. Des perspectives apparaissent lors de son utilisation comme arme navale de gros calibre. Par exemple, en 2016, l'US Navy commencera à tester un railgun sur l'eau. Un railgun, ou rail gun, est une arme dans laquelle un projectile est lancé non pas à l'aide d'un explosif, mais à l'aide d'une impulsion de courant très puissante. Le projectile est situé entre deux électrodes parallèles - des rails. Le projectile acquiert une accélération grâce à la force de Lorentz, qui se produit lorsque le circuit est fermé. En utilisant un railgun, vous pouvez accélérer un projectile à des vitesses beaucoup plus élevées qu'en utilisant une charge de poudre.

Cependant, le principe de l'accélération électromagnétique des masses peut être utilisé avec succès dans la pratique, par exemple lors de la création d'outils de construction - pertinent et moderne direction de la physique appliquée. Les dispositifs électromagnétiques qui convertissent l'énergie du champ en énergie du mouvement du corps, pour diverses raisons, n'ont pas encore trouvé une large application dans la pratique, il est donc logique d'en parler. nouveauté notre travail.

1.1Pertinence du projet: ce projet est interdisciplinaire et couvre un grand nombre de matériel, après avoir étudié lequel est née l'idée de créer nous-mêmes un modèle fonctionnel du pistolet Gauss.

1.2 Objet des travaux: étudier la structure d'un accélérateur de masse électromagnétique (canon Gauss), ainsi que les principes de son fonctionnement et de son application. Assemblez un modèle fonctionnel d'un canon Gauss et déterminez la vitesse du projectile et son élan.

Objectifs principaux:

1. Examinez l'appareil selon les dessins et les dispositions.

2. Étudier la structure et le principe de fonctionnement d'un accélérateur de masse électromagnétique.

3. Créez un modèle de travail.

4. Déterminez la vitesse du projectile et son élan.

Partie pratique du travail:

Création d'un modèle fonctionnel d'accélérateur de masse à domicile.

1.3 Hypothèse: Est-il possible de créer à la maison le modèle fonctionnel le plus simple d'un pistolet Gauss ?

2. En bref sur Gauss lui-même.

Carl Friedrich Gauss (1777-1855) était un mathématicien, astronome, géomètre et physicien allemand. Le travail de Gauss se caractérise par un lien organique entre les mathématiques théoriques et appliquées et un large éventail de problèmes. Les travaux de Gauss ont eu une grande influence sur le développement de l'algèbre (preuve du théorème fondamental de l'algèbre), de la théorie des nombres (résidus quadratiques), de la géométrie différentielle (géométrie interne des surfaces), de la physique mathématique (principe de Gauss), de la théorie de l'électricité et du magnétisme. , la géodésie (développement de la méthode des moindres carrés) et de nombreuses branches de l'astronomie.

Carl Gauss est né le 30 avril 1777 à Brunswick, aujourd'hui Allemagne. Décédé le 23 février 1855 à Göttingen, royaume de Hanovre, aujourd'hui Allemagne. De son vivant, il reçut le titre honorifique de « Prince des Mathématiciens ». Il était le fils unique de parents pauvres. Les enseignants des écoles furent tellement impressionnés par ses capacités mathématiques et linguistiques qu'ils se tournèrent vers le duc de Brunswick pour demander de l'aide, et le duc donna de l'argent pour poursuivre ses études à l'école et à l'université de Göttingen (en 1795-98). Gauss a obtenu son doctorat en 1799 à l'Université de Helmstedt.

Découvertes en physique

Dans les années 1830-1840, Gauss accorda une grande attention aux problèmes de la physique. En 1833, en étroite collaboration avec Wilhelm Weber, Gauss construisit le premier télégraphe électromagnétique d'Allemagne. En 1839, Gauss publie son essai « La théorie générale des forces attractives et répulsives agissant de manière inversement proportionnelle au carré de la distance », dans lequel il expose. les principales dispositions de la théorie du potentiel et prouve le célèbre théorème de Gauss-Ostrogradsky. L'ouvrage « Dioptric Research » (1840) de Gauss est consacré à la théorie de la construction d'images dans les systèmes optiques complexes.

3. Formules liées au principe de fonctionnement du pistolet.

Énergie cinétique du projectile

où : est la masse du projectile, est sa vitesse

Énergie stockée dans un condensateur

où : est la tension du condensateur, est la capacité du condensateur

Temps de décharge du condensateur

C'est le temps pendant lequel le condensateur est complètement déchargé :

Temps de fonctionnement de l'inducteur

C'est le temps pendant lequel la force électromotrice de l'inducteur augmente jusqu'à valeur maximum(décharge complète du condensateur) et tombe complètement à 0.

où: — inductance, — capacité

L'un des principaux éléments d'un pistolet Gauss est un condensateur électrique. Les condensateurs sont polaires et non polaires - presque tous les gros condensateurs utilisés dans les accélérateurs magnétiques sont électrolytiques et polaires. C'est-à-dire que sa connexion correcte est très importante - nous appliquons une charge positive à la borne « + » et une charge négative à la borne « - ». Soit dit en passant, le corps en aluminium du condensateur électrolytique est également la borne « - ». Connaissant la capacité du condensateur et sa tension maximale, vous pouvez trouver l'énergie que ce condensateur peut accumuler

4. Partie pratique

Notre bobine d'inductance C comporte 30 tours (3 couches de 10 tours chacune). Deux condensateurs d'une capacité totale de 450 µF. Le modèle a été assemblé selon le schéma suivant : voir Annexe 1.

Nous avons déterminé expérimentalement la vitesse de vol d’un projectile sortant du « canon » de notre modèle à l’aide d’un pendule balistique. L'expérience est basée sur les lois de conservation de l'impulsion et de l'énergie. Puisque la vitesse d'une balle atteint une valeur significative, la mesure directe de la vitesse, c'est-à-dire la détermination du temps qu'il faut à une balle pour parcourir une distance que nous connaissons, nécessite équipement spécial. Nous avons mesuré la vitesse de la balle indirectement, en utilisant un impact inélastique – un impact qui amène les corps en collision à se rassembler et à continuer de se déplacer comme un seul. Un projectile volant subit un impact inélastique avec un corps libre de masse plus grande. Après l'impact, le corps commence à se déplacer à une vitesse d'autant de fois inférieure à la vitesse de la balle que la masse de la balle est inférieure à la masse du corps.

Un impact inélastique se caractérise par le fait que l'énergie potentielle de déformation élastique ne se produit pas, l'énergie cinétique des corps est totalement ou partiellement convertie en énergie interne. Après l'impact, les corps en collision se déplacent à la même vitesse ou sont au repos. Dans une collision totalement inélastique, la loi de conservation de la quantité de mouvement est satisfaite :

où est la vitesse des corps après interaction.

La loi de conservation de la quantité de mouvement (quantité de mouvement) s'applique si les corps en interaction forment un système mécanique isolé, c'est-à-dire un système qui n'est pas affecté par des forces externes, ou si des forces externes agissant sur chacun des corps s'équilibrent, ou si des projections de les forces externes dans une certaine direction sont égales à zéro.

Lors d'un impact inélastique, l'énergie cinétique n'est pas conservée, puisqu'une partie de l'énergie cinétique du projectile est convertie en énergie interne des corps en collision, mais la loi de conservation de l'énergie mécanique totale est satisfaite et peut s'écrire :

où est l'augmentation de l'énergie interne des corps en interaction.

4.1 Méthodologie de recherche.

Le pendule balistique que nous avons utilisé est un bloc de bois recouvert d’une couche de pâte à modeler. Cible M suspendu à deux longs fils pratiquement inextensibles. Un pointeur laser est monté sur la cible dont le faisceau, lorsque le pendule est dévié (après l'impact du projectile), se déplace le long de l'échelle horizontale (Fig. 1).

A quelque distance du pendule se trouve un canon Gauss. Après impact, un projectile de masse m reste coincé dans la cible M. Le système projectile-cible est isolé dans le sens horizontal. Depuis la longueur je les fils sont bien plus grands que les dimensions linéaires de la cible, alors le système projectile-cible peut être considéré comme un pendule mathématique. Après l'impact du projectile, le centre de masse du système « projectile-cible » s'élève à une hauteur h.

Sur la base de la loi de conservation de la quantité de mouvement en projection sur l'axe des x (voir Fig. 1), nous avons :

Où est la vitesse du projectile, est la vitesse du projectile et du pendule.

En négligeant le frottement dans la suspension du pendule et la force de résistance de l'air, en se basant sur la loi de conservation de l'énergie, on peut écrire :

où est la hauteur de levage du système après l'impact.

La valeur de h peut être déterminée à partir des mesures de l'écart du pendule par rapport à la position d'équilibre après que la balle a atteint la cible (Fig. 2) :

où a est l'angle de déviation du pendule par rapport à la position d'équilibre.

Pour les petits angles de déviation :

où est le déplacement horizontal du pendule.

En substituant la dernière formule de projection de la loi de conservation de la quantité de mouvement sur l'axe, on trouve :

4.2 Résultats des mesures.

Nous avons déterminé la masse m du projectile en pesant sur des balances mécaniques de laboratoire :

m = 3 g = 0,003 kg.

La masse M de la cible avec une couche de pâte à modeler et un pointeur laser est donnée dans la description du montage du laboratoire.

M = 297 g = 0,297 kg.

Les longueurs des fils de suspension doivent être les mêmes et l'axe de rotation doit être strictement horizontal.

Dans cette partie, nous avons mesuré la longueur des fils à l'aide d'une règle.

l = 147 cm = 1,47 m.

Après le tir d'un canon Gauss chargé d'un projectile, le fait que la balle touche le centre du pendule est déterminé visuellement.

Pour effectuer des calculs complémentaires, marquez sur l'échelle la position n 0 du pointeur lumineux à l'état d'équilibre de la cible et la position n du pointeur lumineux à la déviation maximale du pendule et trouvez le déplacement S = (n - n 0) du pendule.

Les mesures ont été effectuées 5 fois. Dans ce cas, des tirs répétés ont été effectués uniquement sur une cible fixe. Les résultats des mesures sont présentés ci-dessous :

Sav = = 14 mm = 0,014 m,

et la vitesse ʋ 0 du projectile a été calculée à l'aide de la formule.

U 0 = =12,96km/h

Détermination des erreurs de mesure. La détermination s'effectue à l'aide de la formule : , où l₀ est la valeur moyenne des longueurs, Δ l est la valeur moyenne de l'erreur. Nous avons déjà déterminé la valeur moyenne des longueurs lors des étapes précédentes, il nous suffit donc de déterminer la valeur moyenne de l'erreur. Nous allons le déterminer à l'aide de la formule : Δ l = Nous pouvons maintenant attribuer la valeur de longueur avec une erreur : Trouver l'élan du projectile. L'impulsion est déterminée à l'aide de la formule : , où est la vitesse du projectile. Remplacez les valeurs :

5. Conclusion.

Le but de nos travaux était d'étudier la structure d'un accélérateur de masse électromagnétique (canon Gauss), ainsi que les principes de son fonctionnement et de son application, ainsi que la réalisation d'un modèle fonctionnel du canon Gauss et la détermination de la vitesse du projectile. . Les résultats que nous avons présentés montrent que nous avons réalisé un modèle expérimental de travail d'un accélérateur de masse électromagnétique (canon Gauss). Dans le même temps, nous avons simplifié les circuits disponibles sur Internet et le modèle a été adapté pour fonctionner dans un réseau AC industriel standard. Nos travaux nous permettent de tirer les conclusions suivantes :

1. Il est tout à fait possible d'assembler chez soi un prototype fonctionnel d'accélérateur de masse électromagnétique.

2. L’utilisation de l’accélération électromagnétique des masses a de belles perspectives dans le futur.

3. Les armes électromagnétiques peuvent remplacer avantageusement les armes à feu de gros calibre, notamment lors de la création de sources d'énergie compactes.

6. Ressources d'information:

Wikipédia http://ru.wikipedia.org

Nouvelles armes électromagnétiques 2010 http://vpk. nom/news/40378_novoe_elektromagnitnoe_oruzhie_vyizyivaet_vseobshii_interes. HTML

Le projet a débuté en 2011. Il s'agissait d'un système automatique entièrement autonome à des fins de divertissement, avec une énergie de projectile d'environ 6-7 J, comparable à celle du pneumatique. Il était prévu de disposer de 3 étages automatiques avec lancement à partir de capteurs optiques, ainsi que d'un puissant injecteur-impacteur qui tire un projectile depuis le chargeur dans le canon.

L'aménagement a été prévu comme suit :

C'est-à-dire un Bullpup classique, qui permettait de déplacer des batteries lourdes dans la crosse et ainsi de rapprocher le centre de gravité de la poignée.

Le schéma ressemble à ceci :

L'unité de commande a ensuite été divisée en une unité de commande du groupe motopropulseur et une unité de commande générale. Le bloc condensateur et le bloc de commutation ont été combinés en un seul. Des systèmes de sauvegarde ont également été développés. À partir de ceux-ci, une unité de commande pour l'unité de puissance, une unité de puissance, un convertisseur, un distributeur de tension et une partie de l'unité d'affichage ont été assemblés.

Il se compose de 3 comparateurs avec capteurs optiques.

Chaque capteur possède son propre comparateur. Cela a été fait pour augmenter la fiabilité, donc si un microcircuit tombe en panne, un seul étage échouera, et non 2. Lorsque le projectile bloque le faisceau du capteur, la résistance du phototransistor change et le comparateur se déclenche. Avec la commutation classique des thyristors, les bornes de commande des thyristors peuvent être connectées directement aux sorties des comparateurs.

Les capteurs doivent être installés comme suit :

Et l'appareil ressemble à ceci :

Le bloc d'alimentation a le circuit simple suivant :

Les condensateurs C1-C4 ont une tension de 450V et une capacité de 560uF. Les diodes VD1-VD5 sont utilisées de type HER307/les thyristors de puissance VT1-VT4 de type 70TPS12 sont utilisés comme commutation.

L'unité assemblée connectée à l'unité de commande sur la photo ci-dessous :

Le convertisseur était basse tension, vous pouvez en savoir plus

L'unité de distribution de tension est réalisée par un filtre à condensateur banal avec un interrupteur d'alimentation et un indicateur informant du processus de charge des batteries. Le bloc a 2 sorties - la première est pour l'alimentation, la seconde est pour tout le reste. Il dispose également de bornes pour connecter un chargeur.

Sur la photo le répartiteur est tout à droite en haut :

Dans le coin inférieur gauche se trouve un convertisseur de secours ; il a été assemblé en utilisant le circuit le plus simple utilisant NE555 et IRL3705 et a une puissance d'environ 40 W. Il était censé être utilisé avec une petite batterie séparée, comprenant un système de secours en cas de panne de la batterie principale ou de décharge de la batterie principale.

A l'aide d'un convertisseur de secours, des contrôles préliminaires des bobines ont été effectués et la possibilité d'utiliser des batteries au plomb a été vérifiée. La vidéo montre un modèle à une étape tirant sur une planche de pin. Une balle avec une pointe spéciale à capacité de pénétration accrue pénètre dans l'arbre de 5 mm.

Dans le cadre du projet, une scène universelle a également été développée comme élément principal des projets ultérieurs.

Ce circuit est un bloc pour accélérateur électromagnétique, sur la base duquel il est possible d'assembler un accélérateur à plusieurs étages avec un nombre d'étages allant jusqu'à 20. L'étage dispose d'une commutation à thyristors classique et d'un capteur optique. L'énergie pompée dans les condensateurs est de 100J. L'efficacité est d'environ 2 pour cent.

Un convertisseur de 70 W avec un oscillateur maître basé sur la puce NE555 et un transistor à effet de champ de puissance IRL3705 a été utilisé. Entre le transistor et la sortie du microcircuit, un répéteur est prévu sur une paire complémentaire de transistors, nécessaire pour réduire la charge sur le microcircuit. Le comparateur du capteur optique est monté sur la puce LM358 ; il contrôle le thyristor en connectant des condensateurs au bobinage lorsque le projectile passe devant le capteur. De bons circuits d'amortissement sont utilisés en parallèle avec le transformateur et la bobine accélératrice.

Méthodes pour augmenter l’efficacité

Des méthodes permettant d'augmenter l'efficacité ont également été envisagées, telles que les circuits magnétiques, le refroidissement des bobines et la récupération d'énergie. Je vais vous en dire plus sur ce dernier.

GaussGan a une très faible efficacité ; les personnes travaillant dans ce domaine recherchent depuis longtemps des moyens d'augmenter l'efficacité. L'une de ces méthodes est la récupération. Son essence est de restituer l’énergie inutilisée de la bobine aux condensateurs. Ainsi, l'énergie de l'impulsion inverse induite ne va nulle part et n'attrape pas le projectile avec un champ magnétique résiduel, mais est pompée vers les condensateurs. Cette méthode peut restituer jusqu'à 30 pour cent de l'énergie, ce qui à son tour augmentera l'efficacité de 3 à 4 pour cent et réduira le temps de rechargement, augmentant ainsi la cadence de tir des systèmes automatiques. Et donc - le diagramme utilisant l'exemple d'un accélérateur à trois étages.

Pour l'isolation galvanique dans le circuit de commande des thyristors, des transformateurs T1-T3 sont utilisés. Considérons le fonctionnement d'une étape. Nous appliquons la tension de charge aux condensateurs, via VD1, le condensateur C1 est chargé à la tension nominale, le pistolet est prêt à tirer. Lorsqu'une impulsion est appliquée à l'entrée IN1, elle est transformée par le transformateur T1 et va aux bornes de commande VT1 et VT2. VT1 et VT2 ouvrent et connectent la bobine L1 au condensateur C1. Le graphique ci-dessous montre les processus pendant la prise de vue.

Nous nous intéressons surtout à la partie commençant à 0,40 ms, lorsque la tension devient négative. C'est cette tension qui peut être captée et restituée aux condensateurs grâce à la récupération. Lorsque la tension devient négative, elle passe par VD4 et VD7 et est pompée vers l'accumulateur de l'étage suivant. Ce procédé coupe également une partie de l'impulsion magnétique, ce qui permet de s'affranchir de l'effet résiduel inhibiteur. Les étapes restantes fonctionnent de la même manière que la première.

L'état du projet

Le projet et mes développements dans ce sens ont été généralement suspendus. Je poursuivrai probablement mon travail dans ce domaine dans un avenir proche, mais je ne promets rien.

Liste des radioéléments

Désignation	Taper	Dénomination	Quantité	Mon bloc-notes
	Unité de commande de la partie puissance
	Amplificateur opérationnel	LM358	3	Vers le bloc-notes
	Régulateur linéaire		1	Vers le bloc-notes
	Phototransistor	SFH309	3	Vers le bloc-notes
	Diode électro-luminescente	SFH409	3	Vers le bloc-notes
	Condensateur	100 µF	2	Vers le bloc-notes
	Résistance	470 ohms	3	Vers le bloc-notes
	Résistance	2,2 kOhms	3	Vers le bloc-notes
	Résistance	3,5 kOhms	3	Vers le bloc-notes
	Résistance	10 kOhms	3	Vers le bloc-notes
	Bloc de puissance
VT1-VT4	Thyristor	70TPS12	4	Vers le bloc-notes
VD1-VD5	Diode redresseur	HER307	5	Vers le bloc-notes
C1-C4	Condensateur	560 µF 450 V	4	Vers le bloc-notes
L1-L4	Inducteur		4	Vers le bloc-notes

		LM555	1	Vers le bloc-notes
	Régulateur linéaire	L78S15CV	1	Vers le bloc-notes
	Comparateur	LM393	2	Vers le bloc-notes
	Transistor bipolaire	MPSA42	1	Vers le bloc-notes
	Transistor bipolaire	MPSA92	1	Vers le bloc-notes
	Transistor MOSFET	IRL2505	1	Vers le bloc-notes
	Diode Zener	BZX55C5V1	1	Vers le bloc-notes
	Diode redresseur	HER207	2	Vers le bloc-notes
	Diode redresseur	HER307	3	Vers le bloc-notes
	Diode Schottky	1N5817	1	Vers le bloc-notes
	Diode électro-luminescente		2	Vers le bloc-notes
		470 µF	2	Vers le bloc-notes
	Condensateur électrolytique	2 200 µF	1	Vers le bloc-notes
	Condensateur électrolytique	220 µF	2	Vers le bloc-notes
	Condensateur	10 µF 450 V	2	Vers le bloc-notes
	Condensateur	1 µF 630 V	1	Vers le bloc-notes
	Condensateur	10 nF	2	Vers le bloc-notes
	Condensateur	100 nF	1	Vers le bloc-notes
	Résistance	10 Mohms	1	Vers le bloc-notes
	Résistance	300 kOhms	1	Vers le bloc-notes
	Résistance	15 kOhms	1	Vers le bloc-notes
	Résistance	6,8 kOhms	1	Vers le bloc-notes
	Résistance	2,4 kOhms	1	Vers le bloc-notes
	Résistance	1 kOhm	3	Vers le bloc-notes
	Résistance	100 ohms	1	Vers le bloc-notes
	Résistance	30 ohms	2	Vers le bloc-notes
	Résistance	20 ohms	1	Vers le bloc-notes
	Résistance	5 ohms	2	Vers le bloc-notes
T1	Transformateur		1	Vers le bloc-notes
	Bloc de distribution de tension
VD1, VD2	Diode		2	Vers le bloc-notes
	Diode électro-luminescente		1	Vers le bloc-notes
C1-C4	Condensateur		4	Vers le bloc-notes
R1	Résistance	10 ohms	1	Vers le bloc-notes
R2	Résistance	1 kOhm	1	Vers le bloc-notes
	Changer		1	Vers le bloc-notes
	Batterie		1	Vers le bloc-notes

	Minuterie et oscillateur programmables	LM555	1	Vers le bloc-notes
	Amplificateur opérationnel	LM358	1	Vers le bloc-notes
	Régulateur linéaire	LM7812	1	Vers le bloc-notes
	Transistor bipolaire	BC547	1	Vers le bloc-notes
	Transistor bipolaire	BC307	1	Vers le bloc-notes
	Transistor MOSFET	AUIRL3705N	1	Vers le bloc-notes
	Phototransistor	SFH309	1	Vers le bloc-notes
	Thyristor	25 A	1	Vers le bloc-notes
	Diode redresseur	HER207	3	Vers le bloc-notes
	Diode	20 A	1	Vers le bloc-notes
	Diode	50 A	1	Vers le bloc-notes
	Diode électro-luminescente	SFH409	1

Gavrilkin Timofey Sergueïevitch

Il existe actuellement de nombreux types d’accélérateurs de masse électromagnétiques. Les plus célèbres sont « Railgun » et « Gauss Cannon ».

Le canon Gauss en tant qu'arme présente des avantages que les autres types d'armes légères n'ont pas. C'est l'absence de cartouches et le choix illimité de la vitesse initiale et de l'énergie des munitions, la possibilité d'un tir silencieux (si la vitesse d'un projectile suffisamment profilé ne dépasse pas la vitesse du son), y compris sans changer de canon et de munition, relativement faible recul (égal à l'impulsion du projectile éjecté, il n'y a pas d'impulsion supplémentaire provenant des gaz en poudre ou des pièces mobiles), théoriquement, une plus grande fiabilité et résistance à l'usure, ainsi que la capacité de travailler dans toutes les conditions, y compris dans l'espace.

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Légendes des diapositives :

Accélérateurs de masse électromagnétique. Canon Gauss Complété par un élève de la classe 10 "M" Lycée MBOU n° 185 Timofey Gavrilkin Responsable : Timchenko Irina Aleksandrovna professeur de physique Lycée MBOU n° 185

But du travail : Apprendre à utiliser les forces électromagnétiques ; démontrer expérimentalement leur existence en assemblant l'accélérateur de masse le plus simple - un canon Gauss.

Tâches : 1) Examiner l'appareil à l'aide de dessins et de schémas ; 2) Étudier la structure et le principe de fonctionnement d'un accélérateur de masse électromagnétique ; 3) Créer un modèle de travail

Pertinence des travaux Le principe de l'accélération électromagnétique des masses peut être utilisé en pratique dans divers domaines

Un exemple d'accélérateur de masse électromagnétique

Carl Friedrich Gauss (30/04/1777 – 23/02/1855)

Comment fonctionne l'arme

Exemple de pistolet à plusieurs étages

Inducteur

Schéma du pistolet Gauss

Apparence du modèle

Objectif de l'expérience : calculer la vitesse approximative de départ de balles de différents types. Équipement : Pistolet Gauss ; 2 balles de 1g et 3g, fabriquées à partir d'une aiguille et d'un clou ; 2 corps – une éponge pesant 3 g et du ruban adhésif pesant 60 g ; règle; caméra vidéo numérique

Avancement des travaux : Placer le corps à une distance de 3 à 5 cm de l'extrémité du tronc ; Alignez le repère 0 de la règle avec le visage du corps ; Tirez un projectile dans le corps ; Enregistrez le plan et le mouvement avec une caméra vidéo ; Mesurer la distance parcourue par le corps ; Faites une expérience avec chaque projectile et corps ; À l'aide d'un ordinateur et d'une caméra vidéo, déterminer l'heure du mouvement ; Inscrivez les résultats dans le tableau.

Tableau des mesures et des résultats tir masse de la balle kg poids corporel kg temps s distance m vitesse totale m/s vitesse de la balle m/s 1 0,001 éponge 0,003 0,01 0,006 1,2 4,8 2 0,001 ruban 0,06 0,03 0,002 0,13 8,13 3 0,003 éponge 0,003 0,04 0,22 11 22 4 0,003 ruban 0,06 0,07 0,04 1,14 24

Efficacité de l'installation = (A p / A z) * 100 % L'efficacité du pistolet est de 5 %

Merci pour votre attention!

Aperçu:

département d'éducation

Hôtel de ville de Novossibirsk

Établissement d'enseignement budgétaire municipal de la ville de Novossibirsk « Lycée n° 185 »

District d'Oktyabrsky

Accélérateurs de masse électromagnétique. Pistolet Gauss.

j'ai fait le travail

élève de 10ème année

Gavrilkin Timofey Sergueïevitch

Superviseur

Timchenko Irina Alexandrovna,

Professeur de physique

Catégorie de qualification la plus élevée

Novossibirsk, 2016

Introduction

2.1. Partie théorique. Accélérateur de masse électromagnétique.

2.2. Partie pratique. Créer un modèle fonctionnel d'accélérateur de masse à la maison.

Conclusion

Littérature

Introduction

Il existe actuellement de nombreux types d’accélérateurs de masse électromagnétiques. Les plus célèbres sont « Railgun » et « Gauss Cannon ».

Cependant, malgré l'apparente simplicité du pistolet Gauss et ses avantages, son utilisation comme arme se heurte à de sérieuses difficultés.

La première difficulté est le faible rendement de l'installation. Seulement 1 à 7 % de la charge du condensateur est convertie en énergie cinétique du projectile. Cet inconvénient peut être partiellement compensé par l'utilisation d'un système d'accélération de projectile à plusieurs étages, mais dans tous les cas, l'efficacité atteint rarement 27 %.

La deuxième difficulté est la consommation d'énergie élevée (due au faible rendement) et le temps de recharge cumulé assez long des condensateurs, ce qui oblige à emporter une source d'alimentation (généralement une batterie puissante) avec le pistolet Gauss. L'efficacité peut être considérablement augmentée en utilisant des solénoïdes supraconducteurs, mais cela nécessitera un système de refroidissement puissant, ce qui réduira considérablement la mobilité du canon Gauss.

Pour mon travail, j'ai choisi un pistolet Gauss en raison de la simplicité du schéma de montage de l'installation et de l'accessibilité de ses éléments.

Le but de mon travail : apprendre à utiliser les forces électromagnétiques ; démontrer expérimentalement leur existence en assemblant l'accélérateur de masse le plus simple - un canon Gauss.

Les tâches que je me suis fixées :

1. Considérez la structure du pistolet Gauss selon les dessins et les modèles.

2. Étudier la structure et le principe de fonctionnement d'un accélérateur de masse électromagnétique.

3. Créez un modèle de travail.

La pertinence des travaux réside dans le fait que le principe de l'accélération électromagnétique des masses peut être utilisé dans la pratique, par exemple lors de la création d'outils de construction. L'accélération électromagnétique est direction prometteuse dans le développement de la science.

Or, de tels accélérateurs existent principalement sous forme types les plus récents armes (bien que pratiquement inutilisées) et comme installations utilisées par les scientifiques pour tester pratiquement divers matériaux, tels que des alliages solides pour la fabrication d'engins spatiaux, des éléments de blindage de char et l'énergie nucléaire.

Partie théorique

Le pistolet porte le nom du scientifique allemand Carl Gauss, qui a jeté les bases de la théorie mathématique de l'électromagnétisme. Un système d'unités porte son nom - le système d'unités gaussien. Cependant, Gauss lui-même n’a pas grand-chose à voir directement avec l’accélérateur.

Les idées de tels accélérateurs de masse ont été présentées par Yu.V. Kondratyuk pour le lancement de divers conteneurs et appareils spatiaux depuis la surface de la Terre. Fondamentalement, ces accélérateurs étaient considérés comme des « armes du futur » ou des « modes de transport lourds ». Cependant, il n’existe pas encore de prototypes fonctionnels ou leur développement est gardé secret.

La structure d'un pistolet Gauss.

1. Éléments de base :

Un dispositif de stockage de potentiel électrique puissant et assez gourmand en énergie, capable de temps le plus court déchargez-le (condensateur).
Une bobine (enroulement cylindrique) qui sert directement d'accélérateur.

2. Principe de fonctionnement.

Dans un enroulement cylindrique (solénoïde), lorsqu'un courant électrique le traverse, un champ magnétique apparaît. Ce champ magnétique commence à attirer un projectile ferromagnétique dans le solénoïde, qui commence à accélérer. Si au moment où le projectile est au milieu de l'enroulement, le courant dans cet enroulement est coupé, alors le champ magnétique rétractable disparaîtra et le projectile, ayant pris de la vitesse, s'envolera librement par l'autre extrémité de l'enroulement. .

Plus le champ magnétique est fort et plus il s'éteint rapidement, plus le projectile s'envole rapidement. Mais les systèmes à un étage (c'est-à-dire constitués d'une seule bobine) ont un rendement assez faible. Cela est dû à un certain nombre de facteurs :

L'inertie du solénoïde lui-même, dont l'auto-induction empêche d'abord la rétraction du projectile, puis, après avoir coupé le courant, ralentit son mouvement.
L'inertie d'un projectile de masse importante.
La force de frottement, qui au début, lors de l'accélération du projectile, est très importante.

Pour obtenir des résultats tangibles, il est nécessaire de réaliser des enroulements de solénoïde avec une densité de puissance extrêmement élevée, ce qui est très indésirable, car cela conduit, au mieux, à une surchauffe et, au pire, à leur grillage.

Le développement et la création de systèmes à plusieurs étages contribueront à résoudre tous ces problèmes. Grâce à l'accélération progressive plutôt qu'impulsionnelle du projectile, la densité de puissance des enroulements peut être réduite et, par conséquent, leur échauffement peut être réduit et leur durée de vie prolongée.

Dans les systèmes à plusieurs étages, un rendement plus élevé est obtenu, associé à une réduction progressive du frottement et à un coefficient de transfert d'énergie plus élevé dans les étapes suivantes. Cela signifie que plus vitesse de démarrage projectile, plus il peut prendre d'énergie du solénoïde. En d’autres termes, si dans la première étape, 1 à 3 % de l’énergie du champ magnétique est transférée au projectile, alors dans la dernière étape, presque toute l’énergie du champ est convertie en énergie cinétique du projectile accéléré.

L'efficacité des systèmes à plusieurs étages les plus simples est supérieure à celle des systèmes à un étage et peut atteindre 50 %. Mais ce n'est pas la limite ! Les systèmes à plusieurs étages permettent d'obtenir une utilisation plus complète de l'énergie des sources de courant pulsé, ce qui permettra à l'avenir d'augmenter l'efficacité du système à 90 % ou plus.

Partie pratique

Pour assembler le pistolet, j'ai fabriqué mon propre inducteur de 350 tours (5 couches de 70 tours chacune). J'ai utilisé un condensateur de 1000 uF, un thyristor T-122-25-10 et une batterie 3V. Pour charger le condensateur, j'ai en outre assemblé un circuit alimenté par le secteur, composé d'une lampe à incandescence de 60 W et d'une diode de redressement.

J'ai assemblé le modèle selon le schéma suivant :

Caractéristiques techniques du pistolet.

1. Projectiles : clou 3g, aiguille 1g.

2. Inducteur : 350 tours, 7 couches de 50 chacune ;

3. Capacité du condensateur : 1000 µF.

L'apparence du modèle est montrée sur les photographies :

Expérience

Équipements et matériels :

Pistolet Gauss; 2 balles de 1g et 3g, fabriquées à partir d'une aiguille et d'un clou ;

2 corps – une éponge pesant 3 g et du ruban adhésif pesant 60 g ; règle; caméra vidéo numérique.

Progrès:

1. Placez le corps à une distance de 3 à 5 cm de l'extrémité du canon.

2. Alignez le repère 0 de la règle avec le visage du corps.

3. Tirez un projectile dans le corps.

4. Enregistrez la prise de vue et le mouvement avec une caméra vidéo.

5. Mesurez la distance parcourue par le corps.

6. Faites l’expérience avec chaque projectile et corps.

7. À l'aide d'un ordinateur et d'une caméra vidéo, déterminez l'heure du mouvement.

8. Entrez les résultats dans le tableau.

9. Calculez l'efficacité de l'installation.

Schéma d'expérience :

Balle de canon Gauss, m p Corps, m t

Calculs :

1. D'après la formule S=t(V+Và propos )/ 2 vous pouvez calculer la vitesse du corps.

Puisque la vitesse initiale du corps est V = 0, cette formule se transforme en une formule qui a la forme V tour = 2S/t

2. D'après la loi de conservation de la quantité de mouvement : m p* v p + m t * v t =(m p + m t )v à propos

D'où V p =(v about * m about )/m p , où m about = m p + m t

Tableau des mesures et résultats :

tir	masse de balle m p, kg	poids corporel m t, kg		temps t, s	distance S, m	vitesse globale v tour, m/s	vitesse de balle V p , m/s
	0,001	éponge	0,003	0,01	0,006	1,20	4,80
	0,001	éponge	0,003	0,01	0,008	1,60	6,40
	0,001	scotch	0,060	0,02	0,001	0,10	6,10
	0,001	scotch	0,060	0,02	0,002	0,13	8,13
	0,003	éponge	0,003	0,04	0,22	11,0	22,00
	0,003	éponge	0,003	0,04	0,22	11,0	22,00
	0,003	scotch	0,060	0,07	0,04	1,14	24,00
	0,003	scotch	0,060	0,06	0,05	1,17	24,57

Conclusion : une différence notable dans les vitesses d'un projectile s'explique par la présence d'une force de frottement (glissement pour une éponge et frottement de roulement pour le ruban adhésif), d'erreurs de calcul, d'imprécision des mesures et d'autres facteurs de résistance. La vitesse d'une balle dépend de sa taille, de sa masse et de son matériau.

Calcul de l'efficacité de l'installation

Efficacité = (A p / A z ) * 100 %

Le travail utile de l'installation est d'accélérer la balle. Vous pouvez calculer l'énergie cinétique d'une balle acquise suite au fonctionnement d'une arme à feu en utilisant la formule : A p = Ek = (mv 2 )/2

Au fur et à mesure du travail dépensé, vous pouvez utiliser l'énergie stockée par le condensateur, qui est consacrée au fonctionnement du pistolet :

A z = E = (C * U 2 )/2

C – capacité du condensateur 1000 mKF

U – tension 250 V

Efficacité = (0,003 * 22 2 )/(0,001 * 250 2 ) * 100 %

Efficacité = 5%

Conclusion : Plus l'efficacité de l'accélérateur est élevée, mieux les paramètres du solénoïde correspondent aux paramètres du condensateur et aux paramètres de la balle, c'est-à-dire lors du tir, au moment où la balle s'approche du milieu de l'enroulement, le courant dans la bobine est déjà proche de zéro et il n'y a pas de champ magnétique, sans empêcher le projectile de sortir du solénoïde. Cependant, dans la pratique, cela est rarement réalisé - le moindre écart par rapport à l'idéal théorique réduit considérablement l'efficacité. Le reste de l'énergie du condensateur est perdu à cause de la résistance active des fils.

Conclusion

Mon premier échantillon de pistolet Gauss est un simple accélérateur à un étage, qui sert plutôt de modèle visuel pour comprendre le principe de fonctionnement d'un véritable accélérateur.

À l'avenir, je prévois de construire un accélérateur à plusieurs étages plus puissant, en améliorant les caractéristiques et en ajoutant la possibilité de le charger à partir d'une batterie. Étudiez également plus en détail la structure et le principe de fonctionnement du « Railgun », puis essayez de l'assembler.

Bibliographie

1. Physique : manuel pour la 10e année avec étude approfondie de la physique / A. T. Glazunov, O. F. Kabardin, A. N. Malinin, etc. édité par A. A. Pinsky, O. F. Kabardin. – M. : Éducation, 2009.

2. Physique : manuel pour la 11e année avec étude approfondie de la physique / A. T. Glazunov, O. F. Kabardin, A. N. Malinin, etc. édité par A. A. Pinsky, O. F. Kabardin. – M. : Éducation, 2010.

3. S.A. Tikhomirova, B.M. Yavorsky. La physique.10 e année : tutoriel pour les établissements d'enseignement(niveau basique et avancé). – M. : Mnémosyne, 2010.

4. S.A. Tikhomirova, B.M. Yavorsky. La physique.11e année : manuel destiné aux établissements d'enseignement général (niveau de base et avancé). – M. : Mnémosyne, 2009.

5. Principaux types d'EMO. -ressource électronique : http://www. gauss2k. personnes ru/index. Htm

6. Pistolet Gauss - ressource électronique : http://ru. Wikipédia. org

Projet sur le thème du pistolet Gauss. Commencez par les sciences. Énergie cinétique du projectile

Pistolet Gauss bricolage

Canon Gauss (fusil Gauss)

Pistolet Gauss

Pistolet Gauss. Le schéma le plus simple

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