Ein Gaußgewehr oder eine Gaußpistole hat keinen praktischen Nutzen, aber es macht Spaß, sie zu bauen, und man kann dabei einiges über Magnete, Impulse und die Übertragung von Energie lernen.
Ein Gaußgewehr ist sicherlich keine Waffe; in seiner einfachsten Form ist ein Gaußgewehr eine Anordnung von Magneten und Stahlkugeln, die zusammen eine Kettenreaktion demonstrieren, bei der Energie von einem Objekt auf ein anderes übertragen wird, indem die Kraft starker Magneten genutzt wird.
Es ist eine beeindruckende wissenschaftliche Demonstration und hat seinen Namen von Carl Friedrich Gauß (1777-1855), einem deutschen Mathematiker und Physiker, dessen Name auch als Maß für die magnetische Flussdichte verwendet wird.
So bauen Sie Ihr eigenes Gauß-Gewehr
Ein Gauß-Gewehr ist wirklich einfach zu bauen, man benötigt nur wenige Teile. Hier erklären wir, wie wir das im obigen Video gezeigte Beispiel gebaut haben:
1) Suche nach einer geeigneten Schiene
Unsere Bahn besteht aus einem großen Stück geschliffenem Holz, in dessen Mitte ein Kanal für die Kugeln gefräst wurde. Man muss sich nicht die Mühe machen, ein Stück Holz zu bearbeiten, es gibt auch andere Möglichkeiten, eine Bahn zu bauen, z.B. eine quadratische Kunststoffrinne, zwei zusammengesteckte Holzdübel oder sogar ein Kunststofflineal mit einer Rille in der Mitte. Wichtig ist, dass die Kugeln auf ihrem Weg von einem Magneten zum anderen in einer geraden Rille bleiben.
2) Positioniere die Magnete
Die Magnete sind hier die Stars. In unserer Gauß-Pistole haben wir zwei quadratische Neodym-Magnete der Größe 20 mm x 10 mm verwendet, die zusammen einen Würfel der Größe 20 mm x 20 mm ergeben.
Es können aber auch kleinere Würfel oder sogar zylindrische Neodym-Magnete verwendet werden. Je größer die Magnete sind, desto höher ist die erzeugte Geschwindigkeit. Du kannst damit experimentieren, die Magnete näher oder weiter auseinander zu platzieren, um zu sehen, wie sich das auf die Geschwindigkeit auswirkt, mit der sich die Kugel am Ende bewegt.
3) Kugellager
Es ist wichtig, Kugellager aus unlegiertem Stahl zu verwenden, da Kugellager aus rostfreiem Stahl möglicherweise nicht magnetisch sind! Wie viele sind die ideale Anzahl?
Nun, das hängt davon ab, wie viele Stufen Sie schaffen. Im obigen Video sehen Sie, dass wir vier Sätze von Magneten hatten und neun Kugeln verwendet haben, zwei Kugeln nach jedem Magneten und eine Auslösekugel.
Du brauchst mindestens zwei Kugeln auf der gleichen Seite jedes Magneten. Wenn du nur eine Kugel verwendest, kann es sein, dass der Energietransfer nicht ausreicht, um die magnetische Anziehung zu brechen und die Kugel in ihrer Position zu bleiben.
Experimentieren Sie doch einmal mit einer anderen Anzahl von Kugeln hinter jedem Magneten, um zu sehen, wie sich dies auf das Gerät auswirkt.
Tipp: Bei zu wenigen Stahlkugeln bewegt sich die Kugel, die gestartet werden soll, nicht, bei zu vielen werden möglicherweise mehrere Kugeln gestartet, was die Geschwindigkeit der letzten Kugel verringert. Wenn du den Apparat aufgebaut hast, schiebe die Abzugskugel in Richtung des ersten Magneten und sieh zu, wie dein Gewehr schießt!
Sicherheit
Ein Gauß-Gewehr kann Stahlkugeln mit hoher Geschwindigkeit durch die Gegend schleudern. Richten Sie das Gewehr niemals auf eine Person und halten Sie Ihre Hand nicht vor das Projektil.
Jeder Magnet, den Sie bei first4magnets kaufen, wird mit einem eigenen Warnblatt geliefert. Es ist wichtig, daran zu denken, dass Neodym-Magnete Stahlgegenstände wie Scheren aus großer Entfernung anziehen können und dass große Magnete, die sich zusammenziehen, leicht Ihre Finger einklemmen können.
Gehen Sie mit einem Magneten nach dem anderen und mit Vorsicht um. Kinder sollten nicht mit Neodym-Magneten hantieren dürfen.
Wie funktioniert ein Gauß-Gewehr?
Ein Gauß-Gewehr funktioniert, indem es kinetische Energie von einem Kugellager auf ein anderes überträgt, was als Impulserhaltung bekannt ist. Wenn sich die lose Kugel, nennen wir sie die Abzugskugel, auf den ersten Magneten zubewegt, wird sie vom Magnetfeld angezogen und auf den Magneten zu beschleunigt.
Die Energie wird dann durch den Magneten, dann durch die erste Stahlkugel auf der anderen Seite und in die zweite Kugel übertragen, genau wie bei der Newtonschen Wiege.
Der übertragene Impuls ist größer als die magnetische Anziehungskraft, die die zweite Kugel an ihrem Platz hält, und die zweite Kugel wird in Richtung des nächsten Magneten geschleudert. Diese Kugel wird weiter zum nächsten Magneten beschleunigt, und der Vorgang wiederholt sich, bis die letzte Kugel geschleudert ist.
Kann ich mein Gauß-Gewehr weiter schießen lassen?
Ein Gaußgewehr, das mit Hilfe von Dauermagneten eine Stahlkugel mehr als ein paar Meter weit schießen kann, wird nie mehr Energie haben als die Kugel, die in den Magneten gezogen wird. Ein paar einfache Änderungen können jedoch die Reichweite der Kugel beeinflussen, z. B:
Hinzufügen von mehr Magneten
Wenn du die Anzahl der Stufen erhöhst, fliegt die Kugel weiter und schneller. Allerdings wird mit jeder Stufe etwas weniger Schwung erzeugt als mit der vorherigen. Das bedeutet, dass es eine Grenze gibt, die mit mehr Stufen erreicht werden kann.
Größere und stärkere Magnete verwenden
Größere Magnete bedeuten, dass die Auslösekugel mit höherer Geschwindigkeit angezogen wird. Das bedeutet aber auch, dass die Kugellager auf der anderen Seite mit größerer Kraft festgehalten werden. Probieren Sie größere Magnete mit mehr oder größeren Kugellagern aus, um zu sehen, wie sich dies auf die Leistung auswirkt.
Mehr Kugellager verwenden
Wenn Sie nach jedem Magneten mehr Kugellager verwenden, verringert sich die Magnetkraft, die auf die letzte Kugel nach jedem Magneten einwirkt, und es ist daher weniger Kraft erforderlich, um sie zu lösen.
Größere Kugeln verwenden
Die Verwendung größerer Kugeln, die dem Durchmesser der verwendeten Magnete entsprechen, erhöht die Leistung. Die Verwendung größerer Kugeln wird durch die Kraft kompensiert, die erforderlich ist, um eine größere und schwerere Kugel zu befördern.