Imán de encendido/apagado para dispositivo tipo cañón de riel puramente mecánico (sin fuente de alimentación)

Aquí está la física del experimento convencional del "cañón de riel". Supongo que depende del voltaje de la batería y la fuerza de los imanes, pero la mayoría de los experimentos domésticos pueden impulsar un proyectil de luz de unos pocos centímetros. Aquí está el concepto subyacente:ingrese la descripción de la imagen aquí

Este experimento mola. Sin embargo, aunque son de tamaño modesto, todavía son relativamente complicados en términos de materiales. Para generar la fuerza de Lorentz como se ve arriba, se necesita una fuente de alimentación. Eso significa que también necesitaremos cosas como una batería, pinzas de cocodrilo, etc.

Me preguntaba si, con la ayuda de cierto dispositivo, ¿podríamos simplificar el diseño y tal vez mejorar la resistencia del dispositivo? El dispositivo que tenía en mente es un imán de encendido/apagado que se muestra aquí:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Este imán de encendido/apagado en particular tiene una potencia nominal de 150 libras. Me gustaría explorar la física detrás del uso de un imán de encendido/apagado para hacer un dispositivo similar a un cañón de riel muy simple. Permítanme tratar de enmarcar esto en una pregunta respondible:

Pregunta: Si uno conectara algún tipo de tubo del diámetro correcto en la parte inferior del imán de encendido/apagado y activara el imán mientras un imán con carga opuesta lo enfrenta, ¿sería eso todo lo que necesitaría para tener un crudo experimento similar a un cañón de riel? ? Si es así, ¿la fuerza sería realmente de 150 libras según las especificaciones, o la fuerza de repulsión se calcula de manera diferente?

Respuestas (3)

Sería muy, muy difícil encender y apagar ese imán mecánicamente lo suficientemente rápido como para hacer una demostración aceptable del cañón de riel. Yo uso ese tipo de imán en mis hobbies, así que conócelos bien.

Sería mejor hacer un cañón de riel con electroimanes. Véase, por ejemplo, cañón de riel

Editar : la fuerza de 150 lb en las especificaciones se refiere a qué tan pesado puede levantar un objeto el imán. Pero la fuerza ejercida por el imán sobre una pieza de hierro disminuye drásticamente a medida que aumenta la distancia entre el imán y el hierro. Sí, posiblemente, el imán conmutable podría tirar de un proyectil con una fuerza de 150 lb, pero solo en una distancia muy corta, como cinco centésimas de pulgada. Digamos que el proyectil pesa una décima parte de una libra y la fuerza es de 150 lb. La aceleración sería aproximadamente 1500 veces la aceleración de la gravedad. El proyectil se movería las cinco centésimas de pulgada golpeando el imán en aproximadamente 0,01 segundos. No tendrías tiempo de apagar el imán.

Si configura una mesa de aire horizontal larga para que pueda tener un movimiento lineal esencialmente sin fricción, podría ser posible ilustrar el principio de un cañón de riel usando imanes conmutados mecánicamente, pero su tiempo tendría que ser sobrehumanamente bueno porque el rango efectivo de los imanes son tan cortos. Los imanes deberían encenderse mientras el proyectil está dentro del rango de, digamos, un centímetro del imán, y luego apagarse antes de que el proyectil pase por el centro del imán. El tiempo de reacción humano es de aproximadamente 1/3 de segundo. A 60 millas por hora (MUY lento para un cañón de riel), el proyectil se movería casi 30 pies en 1/3 de segundo. Es básicamente imposible que un ser humano reaccione lo suficientemente rápido, incluso si el imán pudiera cambiarse lo suficientemente rápido.

Aquí hay un video de cómo pueden funcionar tales imanes: https://www.youtube.com/watch?v=zsrxzkbKnkc
Es solo un imán cilíndrico giratorio en un tubo ranurado hecho de hierro dulce.

Dudo que uno pueda cambiar este dispositivo lo suficientemente rápido como para inducir corrientes de la Ley de Lenz lo suficientemente fuertes en una pieza de cobre o aluminio en la ranura del tubo de hierro ranurado. No saltaría, no como la demostración clásica de física del anillo de salto .

Supongo que podrías usar dos de estos, uno en la posición de encendido y el otro en la posición de apagado. Deberían atraer. Cuando el segundo imán también se gira a la posición de encendido, se separarán cuando los mismos polos se enfrenten entre sí.

No hará un arma. Una " pistola Gauss " debería ser más divertida.

Entonces, en lugar de la fuerza de Lorentz, solo estás usando la repulsión de los polos, si entiendo correctamente. Si es así, entonces no veo ninguna razón por la que no pueda hacer esto, solo asegúrese de que el proyectil magnético tenga un campo magnético lo suficientemente fuerte y que la masa sea lo suficientemente pequeña para obtener la aceleración deseada. Por supuesto, todos sus proyectiles deberán ser imanes, y probablemente bastante fuertes, por lo que no estoy seguro de cuán viable es este diseño como un lanzador de proyectiles útil.