Материал и презентация по физике "Исследование движения многокомпонентных тел в электромагнитном поле"

Введение.

В настоящее время большое внимание уделяется развитиям различных транспортных систем. Одним из наиболее интересных способов передвижения является движение с помощью электромагнитного поля. Многие известные транспортные компании уделяют большое внимание разработке транспорта, приводимого в движение магнитным полем. Во многих фантастических книгах описан подобный вид транспорта.

Мы решили исследовать, как будут двигаться сложные составные тела в магнитном поле. Для своего исследования в качестве основного элемента экспериментальной лабораторной установки нами было решено использовать пушку Гаусса. Выбор был обусловлен тем, что она может создать магнитное поле высокой напряженности. Зная это, нами были сформулированы основные цели и задачи работы.

Объектом исследования является движение тел в ЭМП., предмет исследования - использование ЭМП для создания транспортных систем

Цели и задачи.

Цель работы:

исследовать возможности магнитного поля в качестве привода транспортной системы.

Задачи:

Рассчитать исходные параметры и изготовить первоначальный образец экспериментальной установки, провести его испытания.

Провести исследование зависимости скорости движения от материала образца.

Провести исследование влияния формы тела на его скорость движения и устойчивость.

Гипотеза.

Основным предположением нашей работы будет следующее: если использовать магнитное поле в качестве привода транспортной системы, то это позволит создать скоростной транспорт.

Ход исследования.

Из сформулированных задач очевидна необходимость точного определения скорости тела при его выходе из ствола пушки. В имевшихся условиях для решения этой задачи доступны два метода: баллистического маятника и параболический метод. Изначально мы поставили перед собой цель, постараться в комплексе рассмотреть как теоретическую, так и практическую части работы, тем самым максимально приблизив науку к практике.

В самом начале работы над изготовлением пушки Гаусса возникли несколько вопросов:

Как изменится величина запасенной в теле механической энергии в зависимости от его формы?

Каким образом влияет на скорость полета тела изменение напряжения на обкладках конденсаторов и их ёмкости?

Каким образом влияет на скорость тела его материал?

Для того, чтобы дать ответы на эти вопросы, обратимся к теории. Принцип действия магнитного ускорителя масс или “гаусс ганна” (от англ. Gauss gun - пушка Гаусса) можно описать так: «В цилиндрической обмотке (соленоиде) при протекании через нее электрического тока возникает магнитное поле. Это магнитное поле начинает втягивать внутрь соленоида железный снаряд, который от этого начинает разгоняться.

Если в тот момент, когда снаряд окажется в середине обмотки, ток в последней отключить, то втягивающее магнитное поле исчезнет, и снаряд, набравший скорость, свободно вылетит через другой конец обмотки (рис. 4). Чем сильнее магнитное поле и чем быстрее оно отключается, тем с большей скоростью вылетает тело».

На практике конструкция простейшего Гаусс – Гана представляет собой намотанную в несколько слоев на диэлектрическую трубку медную проволоку и конденсатор большой емкости. Внутрь трубки перед самым началом обмотки устанавливается железное тело и предварительно заряженный конденсатор при помощи электрического ключа замыкается на обмотку. Как уже говорилось выше, мы решили экспериментировать с формой снаряда и материалом ствола.

В качестве рабочей схемы для пушки была использована следующая одноступенчатая система (рис. 5). Над разработкой устройств подобного типа во всем мире работают как одиночки [10], [11], группы любителей [12 - 14], так и целые научно – исследовательские институты [15 - 21] (National High Magnetic Field Laborator из Флориды, Institution of Electrical Engineers (IEE), Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) , Institution of Mechanical Engineers, American Society of Mechanical Engineers, American Institute of Physics, Institue of Physics и др. ) как в России, так и в мире.

В качестве практического применения Гаусс – Ганн может использоваться как транспортная система для вывода спутников малой массы на орбиту [11]. КПД устройств подобного рода обычно не превышает 4 % для лучших образцов [10] - [21].

Весь материал - в архиве.