Guía de " Rifle de Gauss"

Centro

CDP Jesús María "El Cuco"

Título

Rifle de Gauss

Temática

Experiencia de electromagnetismo dentro del campo de la física, en la que intervienen los siguientes procesos físicos:

1. Fuerza magnética.

2. Conservación de la energía y el momento.

3.  Barrera de potencial. Reacción en cadena.

Interrogantes

1. ¿Quién fue Gauss? ¿Qué otras experiencias realizó relacionadas con la física?

2. ¿De dónde procede la energía cinética que ganan las bolas?

3.  En cada recorrido entre los dos imanes, ¿Qué relación existe entre la energía cinética y la potencial de las bolas de acero.

Materiales

1. Tablero base

2. Imanes de neodimio

3. Guías de plástico

4. Bolas de acero

5. Canicas de cristal

Introducción

Esta experiencia es una práctica bastante espectacular, una versión simplificada del aparato llamado “Cañón de Gauss”. Sobre un tablero de madera, se monta un conjunto de imanes dentro de unas guías de plástico, con una separación constante entre ellos. Unas bolas de acero se colocan entre cada par de imanes siendo atraídas por ambos. Cada una se mantiene a una cierta distancia del imán más cercano por una canica de cristal. Las bolas se encuentran en equilibrio inestable.

Descripción

Para disparar el cañón liberamos otra bola de acero dentro de las guías cerca del primer imán. Al ser atraída por éste va ganando velocidad hasta chocar con él. El momento y energía transferidos en el choque liberan la bola de acero que estaba al otro lado del imán, sujeta por él. Esta energía le permite a la bola “saltar” la barrera de potencial que la sujetaba y es atraída hacia el imán siguiente, sumando a su velocidad inicial la que gana por la atracción magnética. El proceso se repite varias veces, hasta que la última bola sale por las guías que limitan el cañón a gran velocidad.    

Cada uno de los choques es prácticamente elástico, lo que ilustra las leyes de conservación de la mecánica. En cada recorrido entre dos imanes las bolas de acero ganan energía cinética perdiendo la potencial que tenía por su distancia al imán, esto ilustra la conservación de la energía total y un ejemplo de la energía potencial gráfico y no gravitatorio. Por último para liberar las bolas de la atracción del imán más cercano hace falta una cierta energía, que proporciona en cada caso el choque de la bola anterior, una analogía que se puede usar para explicar casos similares como las reacciones químicas. Hay que recordar que de manera estricta no existe una energía potencial magnética, sin embargo si existe una energía potencial entre dos imanes que interaccionan, que podríamos ver como la energía de un dipolo magnético en el campo creado por otro imán.

Cuestión 1

¿De dónde procede la energía cinética que ganan las bolas?

Cuestión 2

¿Para qué se colocan las canicas de vidrio entre el imán las de hierro?

Cuestión 3

¿Por qué la mayoría de los materiales no son atraídos por los imanes y el hierro sí?

Referencias
  • “Gauss rifle”: http://faraday.physics.uiowa.edu/em/5G10.18.htm.

    "Energy and Momentum in the Gauss Accelerator", David Kagan, TPT, Vol. 42, # 1, Jan. 2004, p. 24.

    * “Acelerador magnético”, A. Cañamero en “El rincón de la ciencia”. Revista Electrónica editada por el IES Victoria Kent. http://centros5.pntic.mec.es/ies.victoria.kent/Rincon-C/Practica/pr-36/PR-36f.htm


  •  "The Gauss Rifle and Magnetic Energy", James A. Rabchuk, TPT, Vol. 41, # 3, Mar. 2003, p. 158.

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Última modificación: lunes, 13 de marzo de 2017, 23:55