The Gauss Rifle高斯步枪:磁直线加速器

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，过程太快，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。

翻译自：http://www.scitoys.com/scitoys/scitoys/magnets/gauss.html