APRENDIZAJE BASADO EN PROBLEMAS FISICA II CAÑON DE GAUSS
AUTORES GIOVANNY CARREAZO ÁVILA JESÚS DAVID FLÓREZ PATERNINA LUIS FERNANDO HERRERA DIAZGRANADOS
DOCENTE HELMUT MALDONADO PEREZ
UNIVERSIDAD DEL SINÚ ESCUELA DE INGENIERÍA INDUSTRIAL FISICA II CARTAGENA DE INDIAS D.T. Y C.
INTRODUCCION
El Cañón de Gauss está compuesta por un carril, por el cual el proyectil sale disparado con gran velocidad, con las bobinas conductoras alrededor de dicho carril, la energía queda almacenada en los imanes, normalmente con condensadores del alto voltaje como el de nosotros, al igual que diseñada para la rápida descarga de energía hacia el proyectil. En la mayoría de casos se utiliza un diado para proteger los componentes que llegan a ser sensibles a la polaridad (como los semiconductores) que causan daños debido a la inversión de la polaridad. Existen dos tipos principales de cañón-bobina, el de una etapa y el de etapas múltiples. El cañón de Gauss que sólo consiste de una sola etapa es aquel en el que sólo se emplea un solo electroimán para lanzar un proyectil y en el de etapas múltiples se emplean varios electroimanes para que por la sucesión de magnetismo el proyectil acelere conforme pasa por estos. Así, la energía debe llegar a cada electroimán en un tiempo preciso debido a un fenómeno llamado histéresis. La histéresis es la tendencia de un material a conservar una de sus propiedades en ausencia del estímulo que la ha generado. A los electroimanes les lleva un tiempo determinado en alcanzar la potencia máxima del proyectil, de esta manera el suministro de energía debe de comenzar a funcionar antes de que el proyectil llegue al imán ya determinado. La denominación "cañón Gauss" proviene de Carl Friedrich Gauss, quién formuló las demostraciones matemáticas del efecto electromagnético usado por los cañones Gauss. Johann Carl Friedrich Gauss nace en Brunswick el 30 de abril de 1777, fue un gran intelectual, matemático, astrónomo y físico alemán que contribuyó significativamente en muchos campos, de la ciencia, las matemáticas y el magnetismo. Considerado “el príncipe de los matemáticos” y “el matemático más grande desde la antigüedad”, Gauss ha tenido una influencia notable en
muchos campos de la matemática y de la ciencia, y es considerado uno de los matemáticos que más influencia ha tenido en la Historia. Además de plantear grandes postulados en el área de del magnetismo y electromagnetismo.
OBJETIVO GENERAL
Realizar un cañón de gauss con la finalidad de representar de forma didáctica las temáticas de conservación de la energía y el momento, barrera de potencia, reacción en cadena.
OBJETIVOS ESPECIFICOS.
Investigar las temáticas a estudio que aplican en el funcionamiento del cañón de gaus Realizar el diseño y construcción del cañón de gauss Crear un acelerador magnético capaz de impulsar proyectiles ferro magnéticos. Proponer una mejora del experimento si lo amerita.
JUSTIFICACION
Aunque en la actualidad los cañones de Gauss no tienen muchas aplicaciones prácticas, es muy probable que en un futuro cercano tengan aplicaciones muy importantes en la industria militar y en la exploración espacial. Por eso es recomendable iniciar desde ahora el estudio y la experimentación de este tipo de lanzadores electromagnéticos. Hasta la fecha, este estudio se ha visto restringido a grandes instituciones, que manejan lanzadores que almacenan energías que van desde decenas de kilojoules, hasta magnitudes del orden de los megajoules, y a aficionados que trabajan con energías que rara vez alcanzan un kilojoule. Con respecto a las primeras: las instituciones e individuos con recursos más limitados, pueden verse desanimados por los requerimientos que demanda trabajar con tanta energía. Y con respecto a los segundos: generan mucho conocimiento empírico, pero muy pocos han formalizado dichos conocimientos publicando artículos, además muchos no han experimentado las situaciones derivadas de trabajar con energías mayores. Por eso se decidió trabajar dentro de este rango de energías. Este proyecto es desarrollado con el fin de profundizar y mejorar el conocimiento relacionado con electromagnetismo de una manera didáctica, además de ser un medio que permita demostrar principios básicos de electromagnetismo, conducción eléctrica y campo magnético. Finalmente esta investigación busca abrir nuevos interrogantes a los estudiantes de ingeniería industrial de la universidad del Sinú Elías Bechara Zainum
MARCO TEORICO.
Un cañón Gauss o rifle Gauss es un cañón que usa una sucesión de electroimanes para acelerar magnéticamente un proyectil a una gran velocidad. La denominación "arma Gauss" proviene de Carl Friedrich Gauss, quién formuló las demostraciones matemáticas del efecto electromagnético usado por los cañones Gauss. Un cañón Gauss, consiste en una bobina de alambre o solenoide con un proyectil ferromagnético colocado al final de uno. 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, la barrera del arma está compuesta de un carril por donde discurre el proyectil, con las bobinas conductoras alrededor de dicho carril. El poder es suministrado a los imanes por algún tipo de descarga rápida de un dispositivo de almacenaje, normalmente una batería con capacitores de alto voltaje y capacidad diseñados para la rápida descarga de energía. Una versión con superconductores del cañón Gauss es el llamado cañón quench. Las resistencias conectadas a las bobinas superconductoras gastan la energía en la bobina, que es transformada en calor. Después de un tiempo esto calienta a los superconductores hasta el punto donde cesa su superconductividad, así cambia su estado a normal (sin superconductividad). Cuando esto sucede la resistencia de la bobina de manera general se incrementa repentinamente, descargando toda la energía en forma de calor en una proporción muy rápida. Con cuidado controlando las tasas de calentamiento, los imanes pueden ser "apagados" secuencialmente en los porcentajes apropiados para conseguir un cañón Gauss, uno que genere campos magnéticos potentes con alta eficiencia, y con tendencia a una histéresis inferior debido a la disipación rápida de la energía en la bobina. APLICACIÓN MILITAR:
Teóricamente, el disparo del cañón Gauss se realizaría con munición especial de una aleación de wolframio, que es el metal con mayor resistencia a las altas temperaturas. Para mayor definición, el wolframio es utilizado en los filamentos de las bombillas tradicionales, dónde por el flujo de electrones eleva su temperatura a niveles que otros metales no soportarían sin fundirse. El cañón, el cual estaría en desarrollo como armamento principal de tanques, funcionaría con una potentísima bobina magnética, que impulsaría el proyectil. Éste alcanzaría velocidades supersónicas. El rozamiento del aire a grandes velocidades provocaría un gran calentamiento del proyectil, con temperaturas prácticamente solares (lo cual no es imposible, si nos fijamos en las antiguas "bombas térmicas" utilizadas en la Segunda Guerra Mundial, que alcanzaban temperaturas capaces de fundir todo tipo de metales). El resultado, un disparo de plasma, que se podría traducir como un chorro de acero fundido
disparado a velocidades superiores a los 1900 m/s (6840 km/h). Un arma mortífera capaz de atravesar casi cualquier blindaje.[cita requerida] El cañón Gauss aún está en desarrollo, y sólo se han probado prototipos en laboratorio, debido a la gran inestabilidad del artefacto. CARL FRIEDRICH GAUSS.
Fue un matemático, astrónomo y físico alemán, Llamado el príncipe de las matemáticas por sus grandes contribuciones en el análisis matemático, teoría de los números, álgebra, magnetismo y electricidad. ELECTROMAGNETISMO. Es
la rama de la física que se encarga del estudio de fenómenos eléctricos y magnéticos. CAMPO ELÉCTRICO. Es
el espacio alrededor de una carga eléctrica energizado
por un capo eléctrico. CAMPO MAGNÉTICO. Es
una región del espacio en la cual una carga eléctrica puntual de valor A, que se desplaza a una velocidad B, sufre los efectos de una fuerza perpendicular y proporcional tanto a la velocidad B, como al campo A. ELECTRÓNICA. La
electrónica es la rama de la física y especialización de la ingeniería, que estudia y emplea sistemas cuyo funcionamiento se basa en la conducción y el control del flujo microscópico de los electrones u otras partículas cargadas eléctricamente.
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.
BIBLIOGRAFIA.
https://www.slideshare.net/gueste28c999/lab-6-campo-magnetico-de-unsolenoide https://electromagnetismo2012a.wikispaces.com/file/view/PF_ca%C3%B1o n+de+Gauss.pdf
https://www.ikkaro.com/definicion-rifle-gauss/
https://es.wikipedia.org/wiki/Ca%C3%B1%C3%B3n_Gauss
