简易高斯枪制作方法,220V可用
来源：学生作业帮助网 编辑：六六作业网 时间：2024/11/27 11:15:57
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这是一个非常简单的玩具,利用磁场的连锁加速来高速发射一粒钢珠.这个玩具很容易做,只要几分钟,也很容易解释和理解,很有观赏性.
简单的材料：我们需要一根在顶部带有小槽的木尺,一粒钢珠可以在槽中轻易滚动.任何一块带槽的木头或者铜或铝都可以.我们选则木尺,是因为在我们家或者学校周围或者当地文具商店很容易找到.
我们需要一些胶带纸.同样,几乎任何一种都行.这里我们用Scotch牌的透明胶带,用乙烯电胶布也可以.
我们需要四个磁铁块.任何类型的都可以,但是用磁力越强的磁铁,钢珠就会加速越快.这里我们用超强镀金钕铁硼磁铁,在我们的其它项目中用到过.
我们还需要九粒钢珠、直径与磁铁的高度相当.我们用五/8英寸口径的镀镍钢球.
我们最后需要一把锋利的刀来切割胶带纸.
我们先贴第一磁铁到尺子的在2.5英寸处.距离有点乱--我们想让所有四个磁石放在同一尺寸内,便于以后距离的计算.
用刀片修剪多余部分胶带纸时,要小心,因为刀片会被磁铁吸引.
这很重要,防止磁铁碰撞在一起,他们是用脆性材料烧结的像陶瓷一样易碎.把尺子暂时固定在桌子上,防止跳起来,然后把下一个磁铁固定到尺子上.
四个磁铁都固定好后,就可以开始给高斯步枪装弹了.
每块磁铁的右边放两粒钢珠,小心不要掉下来.
高斯枪发射：设置一粒钢珠在最左边的磁铁的导轨上,滚动球.越靠近磁铁,它受磁铁吸引越大,开始自己滚动撞击磁铁.
高斯枪发射时,看不清楚,右边的钢珠以相当的力量射出.我们这个一尺长的版本的高斯枪速度不够快,不会有什么伤害,你可以用你的手或脚作为目标.
这是如何做到的呢?
当你滚动第一个球,为第一块磁铁所吸引,一相当的力量击中磁块,我们称这个动能为“一个单位”.
钢珠的动能传递到磁铁,磁铁再传递到下一粒钢珠,再传递到另一个,像打台球一样.第三个球获得了“一个单位”的动能在运动,受到第二块磁铁的吸引加速,当它命中第二块磁铁时,速度差不多是原来的两倍了.
第三球撞击后,第五球以“二个单位”的动能飞出,同样加速撞击第三磁块,获得“三个单位”的动能,到第七个球撞击第四磁块,加速结束,这样累加起来,共获得了4个单位的动能,并传递给最后一个球,以4倍动能飞出命中目标.
从另一角度看机理
当装置设置好准备启动,我们看到有4个球紧贴着磁块.这些球处在物理学家称之为“磁场”的状态中,把它们从磁铁移开需要能量.
但是所有这些球都有另外一个球贴着它,这第二个球不在“磁场”中,它们在离磁块5/8英寸的位置,它们比贴着磁块的球,更容易移动.
假如我们要把贴着磁块的球移动到5/8英寸的位置,我们需要加能量到球上.球被以相当的力拉向磁块,我们放手的话,球的动能就又回来了.
高斯枪发射后,状态就不一样了.现在有两个球紧贴磁块.磁块两边都有一个球.每个球都在“磁场”中,释放了处在离磁铁5/8英寸的位置所储存的能量,这个能量被传递给了最后一个球,用来摧毁目标.
速度与动能
一个物体的动能定义为：1/2质量乘以速度的平方.由于每块磁块的推动,动能线形增加,但速度并不是线形增加.假如我有4个磁块,动能是4,但速度增加的是动能的平方根.因此我们增加磁块,速度每次增加的量很小.球滚动的距离和破坏力是一个动能方程,因此也是一个磁块多少的方程.
我们可以不断放大,直到最后的动能使磁铁被冲击力粉碎.这之后,再增加磁块,就没有什么作用了.
为什么圆形轨道不会成为永动装置?
假如用圆形轨道,我们是不是将得到免费能源,或者可以永远加速?
引用一句名言回答：“在世界上分两种人--一种理解热力学第二定律,一种不理解.”
假设你已经建了一个圆形轨道,在每个磁块后放了两个球.当最后一个球释放,碰到磁块,这个磁块有两个球在磁场中,就没有能量从这个磁块贡献出来.