Если хочется просто посмотреть или почитать

Вашему вниманию удивительные Видео и Интересные фото, Интересные статьи, развлекательная рубрика Сегодня пятница, разделы Оптические иллюзии и Игры головоломки

Что делать, когда нечего делать?

Посмотрите на левый и на правый блоки

Если хочется что-то сделать своими руками

Вы сможете найти увлечение по душе выбрав из рубрик Ваш мир увлечений, Занимательные самоделки и Поделки из бумаги и картона, уже полюбившиеся и поработать своими руками

Вакуумное оружие — модель вакуумной пушки

18 мая 2013 | Автор: | комментариев 10 »

Здесь я опишу вакуумное оружие, которое может разогнать шары для пинг-понга до скорости, достаточной, чтобы пройти через фанеру и алюминиевую банку. Этот «вакуумная пушка" была продемонстрирована в колледже в классе физики, так как она включает в себя множество основных понятий физики, как законы Ньютона, давление воздуха, и динамика частиц.

В Интернете достаточно много этих демонстраций из класса колледжа, но детали конструкции описываются немного отрывочно. Некоторые источники утверждают, что мяч для пинг-понга достигает скорости свыше скорости звука (340 м/сек, или 760 миль/ч), но другие, выполняя математический анализ, доказывают, что предельная скорость около 280 м/с (625 миль/ч). Я сделал баллистический маятник и провел много тестов измерения скорости, и моя средняя скорость составила 378 м/с (845 миль/ч). Так что я собираюсь утверждать, что достиг сверхзвуковой скорости, но признаю - есть некоторое противоречие.

Вакуумное оружие - модель вакуумной пушки

Такое вот предупреждение: На такой скорости даже мяч пинг-понга очень опасен. Речь идет о снаряде, летящем так быстро, как пуля винтовки. Если вы решили построить это вакуумное оружие, вы должны относиться к нему с уважением и применять соответствующие меры безопасности.

К ним относятся:
Установите устройство так, чтобы никто не мог оказаться впереди или позади пушки.
Надевайте защитные очки и берегите глаза.
Не ставьте никакую часть вашего тела перед или позади пушки.

ОЧЕНЬ ВАЖНО: пушка может и будет стрелять в неожиданное время, особенно во время экспериментов в самом начале.

Шаг 1: Как это работает

Вакуумное оружие - модель вакуумной пушки

Основа "пушки" 1 1/2" ПВХ труба 6 футов длиной. Мяч пинг-понга находится на ближнем конце, и оба конца уплотнены тонкой пластиковой или алюминиевой фольгой. Затем воздух откачивается из трубы с помощью вакуумного насоса. Когда печать на ближнем конце разрывается, воздух при атмосферном давлении устремляется в трубу и выталкивает шар через уплотнение в дальнем конце.

Ключевым понятием является то, что мяч проходит через вакуум в трубе, поэтому нет сопротивления воздуха. При полном атмосферном давлении на одной стороне шара и без сопротивления с другой стороны, мяч получает ускорение около 5000 g.

На фото показано как выглядит установка.

Шаг 2: Части и инструменты

Вакуумное оружие - модель вакуумной пушки

Единственный большой проблемой установки является вакуумный насос. Тот, который я купил, стоил около $100. Чем выше вакуум, тем лучше результаты. В идеале желательно применить двухступенчатый насос. Многие вакуумные насосы доступны на EBay, они обычно используются в холодильной отрасли.

А также:
Защитные очки,
Средства защиты органов слуха,
Шесть футов длиной 1 1/2" трубы ПВХ, внутренним диаметром 40мм (важно).
Муфта соединительная для 1 1/2" трубы ПВХ.
Тонкие пластинки пластика и алюминиевой фольги.
Вакуумные трубки и фитинги, я использовал 1/4" размера.
Манометр низкого давления (опция).
Пинг-понг шары, много. Будьте уверены, что они стандартного размера - 40мм (1.57"). Если шары будут диаметром 38мм, они не будут работать так же хорошо.
Основные инструменты из магазина, ничего особенного.

Шаг 3: Сделайте держатели для уплотнений

Вакуумное оружие - модель вакуумной пушки

Эта часть является наиболее сложной - уплотнения должны быть совершенно герметичными, но при надрезании разрыва быстро разрушаться. Они должны быть легко восстанавливаемы.

Вакуумное оружие - модель вакуумной пушки

Есть несколько методов, как сделать заглушку, я перечислю то, что лучше всего работало у меня.

Лучше всего, чтобы бутерброд фольги был зажат между двумя квадратами 1/4" фанеры или МДФ. Я вырезал 2" дыру в центре квадратов. Показаны зажимы вместе с канцелярскими зажимами-клипсами. Я использую это уплотнение на ближнем конце.
На дальнем конце я обернул фольгой 1 1/2" трубу, а затем плотно надел поверх фольги соединительную 1 1/2" ПВХ муфту. Морщины на фольге в этом случае являются плохим качеством, они могут вызвать небольшие утечки вакуума или преждевременный разрыв. Когда вакуумный насос является активным и уплотнения на месте, ожидайте преждевременные разрывы в любое время, на любом конце!

Вакуумное оружие - модель вакуумной пушки

Сначала я использовал пластмассовую пленку, доступную в магазинах тканей, для дальнего торцевого уплотнения, а теперь использую алюминиевую фольгу для уплотнения как показано ниже. Вы можете использовать пластиковую пленку, как на фото, но я обнаружил, что лучше всего работает фольга алюминия и позволяет получить самую высокую скорость.
Плоский квадрат уплотнения работает лучше всего. С вакуумным насосом всё просто - просто удерживайте уплотнение на конце трубы, и вакуум сделает все остальное.

Вакуумное оружие - модель вакуумной пушки

Шаг 4: Подготовка пушки

Вакуумное оружие - модель вакуумной пушки

Вакуумное оружие - модель вакуумной пушки

Установка шланга вблизи одного конца трубы (на ближнем конце). Я использовал 1/8" NPT х 1/4" штуцер для шланга и латунный фитинг. Соединение должно быть герметичным.
Концы трубы должны быть ровными и гладкими.

В зависимости от типа насоса может потребоваться установка обратного клапана между насосом и трубой. Мой насос пришел с запорным клапаном.

Шаг 5: Стрельба из пушки

Вакуумное оружие - модель вакуумной пушки

1. Поместите мяч для пинг-понга в "ближнем" конце трубы, сразу за уплотнением.
2. Поместите уплотнение на "дальнем" конце (см. фото в шаге 3).
3. Установите цели, алюминиевые банки, например.
4. Наденьте защитные очки и средства защиты органов слуха.
5. Включите вакуумный насос.
6. Держите прямоугольник с уплотнением около открытого конца трубы. Вакуумом уплотнение будет притянуто и его будет уже не оторвать. Два фото показывают два типа уплотнения на "ближнем конце", удерживаемые вакуумом. Я теперь здесь использую алюминиевую фольгу.
7. Подождите, пока максимальный вакуум не будет достигнут, затем сделайте прокол в ближайшем торцевом уплотнении. Раздастся громкий хлопок.

Вакуумное оружие - модель вакуумной пушки

Вакуумное оружие - модель вакуумной пушки

Основная фотография показывает результат стрельбы, когда мяч легко прошел через алюминиевую банку. При максимальном вакууме почти 30" ртутного столба, мяч будет так же легко проходить через две банки. Другие фотографии показывают ближайшее уплотнение при полном вакууме.

Помните - эти уплотнения могут разорваться совершенно неожиданно на этом этапе.

Шаг 6: Тестирование скорости

Вакуумное оружие - модель вакуумной пушки

Так как я ранее сделал заявления о достижении шарами для пинг-понга сверхзвуковой скорости, мне нужно описать, как эти скорости были измерены.

Я сделал "баллистический маятник»; устройство, которое когда-то использовали для измерения начальной скорости пули винтовки, но сейчас в основном используется в физике в старших классах для демонстрации принципов сохранения импульса и энергии. Снаряд ударяет в блок, и удерживается внутри блока. Блок + снаряд поворачиваются из-за импульса снаряда. Вертикальный набор высоты блока измеряется, и при умножении на массу блока + снаряда, представляет потенциальное увеличение энергии. С помощью следующего уравнения вычисляется скорость снаряда:

Скорость = (m + M) / м (√ 2gh)

Где:
m = масса снаряда, в килограммах (масса пинг-понг мяча = 2,4 г = 0,0024 кг),
M + m = масса снаряда, в килограммах (1,32 кг),
g = ускорение свободного падения, 9.81,
h = увеличение вертикальной высоты, метров, высота за вычетом подъёма от тестов с воздухом. (2,5 см = 0,025 м).

В скобках приведены средние значения из моих тестов.

"Баллистический маятник представляет собой устройство для измерения импульса [снаряда], из которого можно вычислить скорость и кинетическую энергию. Баллистические маятники в значительной степени устарели в современном мире измерительной техники, где сейчас применяются хронографы, которые позволяют проводить прямое измерение скорости снаряда. Хотя баллистический маятник считается устаревшим, он использовался в течение значительного периода времени и привёл к большим достижениям в науке баллистике. Баллистический маятник рассматривается сегодня в физике старших классов, благодаря своей простоте и полезности в демонстрации свойств импульса и энергии". (Из Википедии).

Фотографии ниже показывают баллистический маятник, который я сделал.
Линии на панели на заднем плане для измерения высоты, в сантиметрах.
Лазерный указатель показывает высоту положения блока. На фотографиях, первый показывает высоту перед выстрелом, вторая показывает максимальную высоту сразу после выстрела. Видеокамера записывает действия.
Последняя фотография показывает, как мяч для пинг-понга поймали в блоке.

Вакуумное оружие - модель вакуумной пушки

В дополнение к импульсу от мяча, есть импульс, передаваемый блоку от воздуха, выходящего из пушки. Я сделал несколько экспериментальных прогонов с использованием только воздуха и вычитал эту среднюю высоту (0,03 см) в тестах с шарами пинг-понга.

Вакуумное оружие - модель вакуумной пушки

Комментарии к записи "Вакуумное оружие — модель вакуумной пушки"
Оставить комментарий
  1. Николай, ни за что бы не подумал, что лёгкий шарик может достичь такой скорости. Но далеко он, естественно, полететь не сможет.

  2. Верно Святослав - далеко он не полетит. Да это и не надо для демонстрации вакуумного оружия, в частности вакуумной пушки. Я когда подбирал заголовок статьи, обратил внимание, что вакуумными ружьями или пушками интересуются немногие. А вот вакуумным оружием - спрос есть. И когда называл статью, задумался не попаду ли в разряд экстремистских сайтов. Ну посмотрим. А такой конструкции этой вакуумной пушки вполне достаточно для демонстрации работы вакуумного оружия. Ведь это по сути школьный экспонат.

  3. Интересно, очень нестандартные решения и эффект меня поразил. Не думала, что скорость настолько большая!

  4. Да, скорость вакуумного оружия гораздо больше, чем допустим пневматического и соизмерима с огнестрельным.

  5. Действительно впечатляет это самое вакуумное оружие. И модель вакуумной пушки, хотя кажется что всего лишь модель, вполне серьёзная конструкция.

  6. Обычно вакуумное оружие ассоциирует с вакуумной бомбой. А тут вон какую штуковину придумали — модель вакуумной пушки.

  7. Такое Вакуумное оружие — модель вакуумной пушки, стоит делать ребятишкам в школе на уроках труда.

  8. Виктория, вы совершенно точно подметили назначение.

  9. Для того, чтобы дороже продать товар или услугу совершенно не нужно тратить большие деньги на привлечение Вакуумное оружие — модель вакуумной пушки.

  10. Серьезное оружие описано, под стать какой-нибудь студенческой научной работе. Вот подрасту и тоже попробую, если конечно не забуду...

Здесь вы можете написать комментарий

* Обязательные для заполнения поля
Все отзывы проходят модерацию.
Twitter-новости
Наши партнёры
Читать нас
Связаться с нами
Наши контакты

О материалах Сайта

Если найдутся творческие личности, ремесленники, любители самоделок, которые захотят повторить некоторые из описанных здесь поделок - пожалуйста, пишите об этом в комментариях соотвествующих статей - дополнительные материалы и чертежи, вам будут высланы почтой. В связи с безудержным воровством контента без указания источника и активных ссылок - принято решение - КОПИРОВАНИЕ МАТЕРИАЛОВ САЙТА ЗАПРЕЩЕНО!