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《高斯炮論文 高斯炮中磁相互作用的研究.doc》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、高斯炮中磁相互作用的研究【摘要】：在沒有磁性的軌道上放置磁鐵，并在其后把若干個鋼球排成一列，當(dāng)另一個鋼球以很小的初始速度撞向磁鐵，則磁鐵另一側(cè)的鋼球會以一個令人驚訝的高速彈出。設(shè)計靜態(tài)和動態(tài)磁相互作用力的測量方法。分析高斯炮的作用原理，研究系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換。嘗試通過理論計算分析實驗結(jié)果?！娟P(guān)鍵詞】：高斯炮，鋼球，能量轉(zhuǎn)換。引言：和先進的核聚變技術(shù)，新型能量來源，超空間技術(shù)和進步的合金冶煉技術(shù)相比，投射武器簡直就是快報廢的老古董。但也因為能量技術(shù)的進步，讓它找回自己在新世紀(jì)中的定位：它的原理早在20和21世紀(jì)就被熟知：粒子加速。高斯炮就是一座大型的粒子加速器，成噸重的炮彈被巨大的電磁場
2、加速，這些炮彈的出膛速度是如此之高，它燃盡了周遭空氣中的塵埃，后座力撼動大地。它的破壞力足以擊穿任何現(xiàn)代的裝甲，防護盾被擊穿也不是少數(shù)例子。有時甚至能把目標(biāo)直接打個對穿。實驗原理和數(shù)據(jù)分析一.高斯炮如下圖所示，入射球在磁力作用下，獲得動能，撞擊小球，能量傳遞，根據(jù)動量守恒，最后的小球?qū)⒁砸凰俣蕊w出。圖1球以很小的速度入射圖2射出的球?qū)⒁愿叩乃俣壬涑銎渲写嬖谥矒魮p耗，摩擦力損耗，所以前后小球的能量不能做到守恒，本試驗研究小球所受力的情況，并且研究能量的變化小球質(zhì)量m=11.296g，直徑d=13.949mm。圖3實驗中的入射球圖4實驗中的出射球二．靜態(tài)力，動態(tài)力的測量。圖5靜態(tài)力
3、的測量法一：如上圖所示，M的重力即可視為小球在次位置所受的磁力，可以用拉力傳感器代替M，直接讀出小球各位置所受力的情況。法二：測量小球所受磁場，估算所受力1）有磁性的入射小球(X為小球離磁塊距離，F(xiàn)為所受力)X/mmF1/NF/N016.3618.190.76811.2913.121.1789.1610.991.587.29.032.0346.418.242.3945.227.052.8084.616.443.2323.915.744.4512.384.215.5121.313.148.5120.492.3211.5120.061.8933.512-1.830由上表知靜態(tài)力的大小1
4、8.19N（入射球剛要脫離未脫離磁塊時所受力），動態(tài)力如右曲線圖（圖6）所示。呈下降趨勢。下面為小球在距離磁塊特定距離下的磁感應(yīng)強度大小入射球所受磁感應(yīng)強度：出射球所受磁感應(yīng)強度：圖7圖81）無磁性的入射小球(X為小球離磁塊距離，F(xiàn)為所受力)X/mmF1/nF/N6.90.610.370.580.2780.490.1890.460.15100.430.12110.40.09120.370.06130.350.04140.340.03150.340.03160.320.01170.310180.310190.310200.310250.310由上表知靜態(tài)力大小0.3N，動態(tài)力如右圖（
5、圖9）所示。下面為小球在距離磁塊特定距離下的磁感應(yīng)強度大小入射球所受磁感應(yīng)強度：出射球所受磁感應(yīng)強度：圖10圖11三．撞擊前后能量的研究1）有磁性入射小球入射球的時間速度曲線14圖12由圖12知入射球的最終（最大）速度為V=1.445m/s所具有的動能W1=1/2*m*v^2=11.8Mj出射球的時間速度曲線圖13由圖13知出射球的最大速度V=1.61m/s.所具有的動能W2=14.6mJ由圖6做積分知道磁力所做功W=FX=78.3mj1）無磁性的入射小球入射球的時間速度曲線圖14由圖14知入射球所具有的初速度為V1=56.7cm/s末速度V2=62.8cm/s所獲得能量為W3=0
6、.411Mj出射球的速度時間曲線圖15由圖15知出射球的最大（初始）速度V3=49.7cm/s所具有能量W4=1.4Mj由圖6F-X積分所得磁力所做功W=FX=0.8735Mj.實驗總結(jié)，由以上數(shù)據(jù)顯示，無磁入射球與有磁入射球的出射球的能量都高于入射球的能量，假定倆球質(zhì)量相同，顯然實驗數(shù)據(jù)存在問題，速度的測量及處理存在問題，可能在用軟件處理視頻時存在操作上的失誤，也可能是實驗操作誤差。根據(jù)動能定理以及動量守恒可以得知倆球的速度應(yīng)該近似相同，有磁性情況下，V1=1.445m/s，V2=1.61m/s無磁性情況下，V3=62.8cm/sV4=49.7cm/s,可以看到近似成立的（速度測
7、量有一定誤差存在），但是有磁性力與位移的積分計算存在巨大誤差，磁力做功78.3mj，而小球能量僅有11.8mj，顯然不應(yīng)該存在如此大的摩擦力，相反，無磁性的情況下，磁力做工0.8735mj，小球能量0.411mj，摩擦損耗為0.4625mj，可以接受。所以本次試驗幾乎只是摸清物理規(guī)律，并自己動手測量物理規(guī)律，實驗測量存在巨大問題，以后會注意。參考文獻1)DavidKagan，EnergyandMomentumintheGaussAccelerator［J］，THEPH
