Trabajo Fisica y su introdccion a la busqueda

Introducción

En la búsqueda de un experimento que relacione las fuerzas electromagnéticas con el movimiento mecánico de un cuerpo, se ha encontrado una herramienta que suple dichas necesidades de investigación, de la cual se puede obtener un modelo físico que permite visualizar cada uno de esos fenómenos en el laboratorio.

Con este planteamiento se detallan las relaciones existentes entre el movimiento de las cargas dentro de los conductores y la fuerza magnetomotriz sobre un cuerpo en acción. De igual forma al hablar de electromagnetismo, siempre relacionamos este fenómeno como principio a los inductores o bobinas.

El principal objetivo que se propone a través del presente trabajo de investigación es conocer el funcionamiento del Cañón de Gauss, así como los fenómenos electromagnéticos que se dan durante esta práctica.

También se pretende realizar un comparativo de los resultados teóricos con los prácticos obtenidos al llevar a cabo la construcción del Cañón en un laboratorio.

Simultáneamente se analizan cada uno de los demás fenómenos físicos que se pueden generar con este experimento con el fin de ampliar los conocimientos en la mayor cuantía posible.

A través de las investigaciones llevadas a cabo también nos informamos acerca de las aplicaciones tanto a la ciencia como a la milicia de este tipo de armas, así como dimensionar el alcance y la peligrosidad de tales dispositivos o los riesgos que conllevan la manipulación de la tensión y la intensidad que puede desarrollar el Cañón de Gauss.

Cañón de Gauss

Un cañón Gauss (también conocido como cañón de bobina o fusil Gauss) es un tipo de cañón que usa una sucesión de electroimanes para acelerar magnéticamente un proyectil a una gran velocidad

Muchos aficionados usan diseños económicos rudimentarios para experimentar con estos. Tales diseños requieren incorporar el empleo de condensadores de flash de fotos de una cámara desechable como fuente de energía, y una bobina de baja inductancia para propulsar el proyectil hacia adelante.

Construcción

Un cañón Gauss, consiste en una bobina de alambre o solenoide con un proyectil de acero colocado a mediados de la bobina inicial. Una gran corriente es pulsada por la bobina creando un fuerte campo magnético, atrayendo el proyectil al centro de la bobina. Cuando el proyectil se acerca a este punto, la bobina es desconectada y la siguiente puede ser encendida, acelerando cada vez más el proyectil con las etapas sucesivas. En diseños corrientes de cañón Gauss, el cañón del arma está compuesto de un carril por donde discurre el proyectil, con las bobinas conductoras alrededor de dicho carril. La energía es suministrada a los imanes por algún tipo de descarga rápida de un dispositivo de almacenaje, normalmente una batería con condensadores de alto voltaje y capacidad diseñados para la rápida descarga de energía.

Un diodo se utiliza para proteger los componentes sensibles a la polaridad (como los semiconductores o los condensadores electrolíticos) de daños debidos a la inversión de polaridad de la tensión después de apagar la bobina. Hay dos tipos principales o configuraciones de un cañón-bobina: de una sola etapa y de etapas múltiples. Un cañón-bobina de una sola etapa utiliza un electroimán para lanzar un proyectil. Un cañón-bobina de varias etapas utiliza una sucesión de electroimanes para aumentar progresivamente la velocidad del proyectil.

Muchas personas son aficionadas a la utilización a bajo costo de diseños rudimentarios para experimentar con el cañón Gauss, por ejemplo, utilizando condensadores de flash de una cámara desechable, o un condensador de un televisor de tubo de rayos catódicos estándar como fuente de energía, y una bobina de baja inductancia para propulsar el proyectil hacia adelante. Algunos diseños no tienen proyectiles ferromagnéticos, como el aluminio o el cobre, con la armadura del proyectil que actúa como un electroimán con corriente inducida por impulsos internos de las bobinas de aceleración. Un cañón-bobina superconductor se puede crear mediante la sucesiva extinción de una línea de lado las bobinas superconductoras coaxiales formando un cañón de la pistola, lo que genera una ola de gradiente de campo magnético que viaja a cualquier velocidad deseada. El dispositivo podría ser un conductor de masas o en el motor lineal sincrónico con la energía de propulsión almacenada directamente en las bobinas de la unidad.

Aunque el costo de cambiar de alimentación y otros factores pueden limitar la energía del proyectil, un beneficio notable de algunos diseños más sencillos del cañón Gauss es evitar un límite de velocidad intrínseca del contacto físico a hipervelocidad y la erosión. Si el agujero es un vacío total (por ejemplo, un tubo con una ventana de plasma) no hay fricción del todo, lo que ayuda a la reutilización prolongada.

Funcionamiento

La energía debe de llegar a cada sucesivo electroimán en un tiempo preciso, debido a la histéresis. A los electroimanes les lleva un tiempo en alcanzar la potencia máxima después de que el voltaje es aplicado, de esta manera el suministro de electricidad debe comenzar antes de que el proyectil alcance al imán determinado. Lo mismo ocurre después de que la energía está apagada, y si el proyectil se encuentra en "el lado lejano" del imán en aquel momento, el imán seguirá atrayéndolo, desacelerando. Una solución obvia sería accionar los imanes mucho antes de que el proyectil los alcance, pero como la fuerza magnética disminuye con el cuadrado de la distancia (es decir muy rápidamente) demasiada energía se perdería con tal solución. Por esta razón la mayor parte de las armas Gauss que usan más de un imán incluye algún tipo de dispositivo de cronometraje electrónico para accionar los imanes, uno que pueda ser ajustado para distintos parámetros como la potencia de disparo, y la masa del proyectil. El arma comienza con todos los imanes conectados, y luego se los apaga uno por uno antes de que el proyectil los alcance. Una ventaja del cañón Gauss sobre el cañón de riel consiste en que puede ser hecho arbitrariamente largo. Esto tiene un cierto número de efectos secundarios, pero el principal es que la aceleración puede ser muy lenta sobre una longitud más larga, lo cual significa que la energía necesaria en cualquier sección del cañón Gauss es menos intensa. Sin embargo esta ventaja es compensada por el coste y la complejidad del sistema de conmutación que requiere el abastecimiento de un arma más larga.

El Circuito Magnético

Lo ideal sería que el 100% del flujo magnético generado por la bobina se entreguen y actúen sobre el proyectil, pero esto está muchas veces lejos de la realidad debido a la construcción del núcleo de aire del solenoide común de la mayoría de los Cañones de Gauss, que suelen ser relativamente simples y poco eficientes realizados por los aficionados.

Con un simple solenoide de núcleo de aire, la mayoría del flujo magnético no se junta en el proyectil por la alta resistencia del circuito magnético. El flujo acoplado genera un campo magnético que almacena energía en el aire circundante. La energía que se almacena en esta materia no desaparece del circuito magnético una vez que el capacitor termina la descarga. Debido a que el circuito eléctrico cañón-bobina es intrínsecamente similar a un oscilador LC, los rendimientos de energía no utilizada en la dirección inversa ('sonar'), pueden dañar seriamente tanto a los condensadores polarizados como a los condensadores electrolíticos. La carga a la inversa se puede prevenir mediante un diodo conectado a la inversa en paralelo a través de los terminales del condensador, y como resultado, el diodo y la bobina disipar toda la energía no utilizada en forma de calor.

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