Summary
我们描述了一种制造超音速乒乓球加农炮（SSPPC）的方法，以及用于测量球速和表征大炮发射过程中传播冲击波的光学诊断技术。
Abstract
传统的乒乓球大炮（PPC）是一种教育设备，仅使用大气压力即可将乒乓球发射到疏散的管道中，达到接近声速的速度。SSPPC是PPC的增强版本，通过以大于大气压的速度加速球来实现超音速。我们提供了构建和使用优化的PPC和SSPPC的说明。
实施光学诊断的目的是研究大炮动力学。通过管道出口附近的两个丙烯酸窗口发送的HeNe激光器端接在光接收器传感器上。微处理器测量光束被乒乓球阻挡的时间，以自动计算球的速度。结果会立即显示在LCD显示屏上。
光学刀口设置提供了一种高灵敏度的方法来检测冲击波，方法是切断传感器处的一小部分HeNe光束。冲击波引起光束的折射诱导偏转，这在光接收器的电信号中被观察到为小的电压尖峰。
所介绍的方法具有高度可重复性，并为在实验室环境中进行进一步研究提供了机会。
Introduction
PPC是一种流行的物理演示，用于显示人们不断暴露于的巨大气压1，2，3，4，5。该演示涉及将乒乓球放置在内径大约等于球直径的管道中。管道两端用胶带密封，并抽真空到小于 2 Torr 的内部压力。管道一端的胶带被刺破，这允许空气进入大炮，并导致球经历大约 5，000 g 的峰值加速度。仅通过大气压力加速的球在行进 300 m 后以大约 m/s 的速度离开大炮 2 m。
虽然PPC通常作为大气压力的简单演示进行操作，但它也是一种表现出复杂可压缩流动物理的装置，这导致了许多开放式学生项目。球的动力学受壁面摩擦、球周围空气泄漏、加速球形成冲击波等次要因素的影响。球的大幅加速度引入了一个大振幅的压缩波，该压缩波沿着球前方的管子传播。这些压缩的传播速度比局部声速快，导致压缩波变陡，最终形成冲击波6。以前的工作已经研究了由于球和管子的胶带出口之间的冲击波的反射以及由此产生的胶带在球出口之前在管子出口处压力的快速积聚2。使用单镜纹影成像技术的高速视频揭示了磁带对反射冲击波的响应以及磁带在PPC7，8 出口处的最终分离（视频1）。因此，PPC既可以作为吸引所有年龄段观众的气压的简单演示，也可以作为展示复杂流体物理的设备，可以在实验室环境中进行详细研究。
使用标准PPC，乒乓球速度受到声速的限制。本文涵盖了PPC的这个基本版本，以及用于将球提升到超音速的改进加农炮。在French等人以前的工作中，超音速乒乓球速度是通过通过会聚发散喷嘴9，10，11的压力驱动流来实现的。这里介绍的SSPPC利用加压（驱动器）管在乒乓球上提供比单独大气压更大的压差。使用薄聚酯隔膜将驱动管与包含球的真空（从动）管分开。该隔膜在足够的表压下破裂（通常为5-70 psi，取决于隔膜厚度），从而将乒乓球加速到1.4马赫的速度。超音速乒乓球产生驻留冲击波，使用高速阴影成像技术7，12（视频2）可以看出。
低功率（II类）氦氖激光器用于对大炮的性能进行光学诊断研究。HeNe激光束分为两条路径，一条路径穿过大炮出口附近的一组亚克力窗口，第二条路径穿过大炮出口。每条路径在光电接收器上终止，信号显示在双通道示波器上。在大炮发射过程中记录的示波器轨迹揭示了有关加速乒乓球速度以及球从大炮出口之前的可压缩流动和冲击波的信息。直径为40毫米的乒乓球在每个光束位置的速度与球阻挡光束的时间直接相关。灵敏的“刀刃”冲击检测设置是通过用一块黑色电工胶带覆盖检测器的一半并将胶带的边缘定位在光束2的中心来实现的。通过这种设置，由可压缩流动诱导的折射梯度指数产生的氦氖激光束的轻微偏转在示波器迹线上清晰可见，如电压尖峰。向大炮出口传播的冲击波和反射的冲击波使光束向相反的方向偏转，因此由正或负电压尖峰识别。
在这里，我们提供了构建和使用优化的PPC和SSPPC的说明，以及光学诊断技术（图1，图2和图3）。光学诊断技术和测量是通过前几年的研究1，2开发的。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. 乒乓球大炮（PPC）的建造和组装
- 根据 图1组装PPC的所有组件。
- 在大炮的侧面插入两个高透明度的亚克力窗口，以便对大炮内部进行光学探测。
- 在大炮出口附近的 PVC 相对两侧的孔中钻两个 1/2。
- 使用激光雕刻机准备两个 1/8 英寸厚的亚克力窗口。下载三个补充 svg 文件。
注意：有三个文件标记为“JoVE_AcrylicWindows_Step1_Engrave.svg”
（补充文件1），“JoVE_AcrylicWindows_Step2_Engrave.svg”
（补充文件2）和“JoVE_AcrylicWindows_Step3_Cut.svg”
（补充文件3）。这三个文件应按照标题中描述的过程（雕刻/切割）提供的顺序使用。激光速度和功率设置应根据制造商推荐的亚克力设置进行设置。每个雕刻步骤应去除大约 1/3 的材料厚度。 - 在亚克力的边缘添加硅密封剂，注意不要在窗户上沾到任何硅密封剂。然后，将窗户放在孔中，确保它们彼此垂直。在此过程的这一部分之后，留出充足的时间让硅胶固化。
注意： 如果没有激光切割机，可以在管道的圆周上缠绕一块透明胶带，以将 1/2 密封在孔中，并充当进入管道内部的窗口。可以通过在大炮中插入额外的窗口来测量乒乓球沿从动管长度的速度和加速度来进行进一步的实验。
- 使用皮带砂光机，在大炮出口处打磨法兰表面。用细砂纸完成打磨，使胶带可以很好地粘附在法兰上。
- 使用激光切割机，按照“JoVE_AcrylicCap_Cut.svg”切割亚克力帽（补充文件 4）。将全脸橡胶垫圈连接到丙烯酸帽上。亚克力帽是烧制PPC时使用的压力密封的组成部分。
- 牢固地固定大炮进行射击，并放置一个坚固的容器，以安全地接住带有充足衬垫的乒乓球，以尽量减少与容器后壁的冲击。
注意：有许多解决方案可以固定乒乓球大炮并安全地接球。对于所提出的实验，创建了一个定制的夹紧系统，以水平方向牢固地固定大炮。这些夹具可以按照“JoVE_CannonMountTemplate.png”（补充文件5）构造。- 使用 补充文件 5 作为模板，在木板上切出 2 英寸 x 6 英寸。用拉闩锁和铰链连接夹紧系统的上部和下部，以固定大炮。
- 用橡胶垫圈材料排列夹子的内部，以防止大炮在发射过程中打滑。使用四个角支架将夹紧系统的上部和下部连接到底座上。
- 使用四个 C 形夹将完成的夹紧系统安装到桌面上。建造一个 13 英寸 x 13 英寸 x 24 英寸的胶合板容器，并用四块 1 英寸的胶合板支撑它以接住乒乓球。在容器中放置缓冲材料以防止球反弹。用 C 形夹将此容器安装到桌面上。
2. 超音速乒乓炮（SSPPC）的建造和组装
- 按照 图 2 组装驱动管的所有组件。
注意：PPC 和 SSPPC 之间的主要区别在于，SSPPC 增加了连接到 PPC 入口的附表 80 PVC 管道的驱动加压部分。因此，如果PPC已经构建完毕，则构建SSPPC所需的所有部件就是驱动管段。 - 牢固地固定大炮进行射击，并放置一个坚固的容器，该容器可以安全地接住乒乓球，并带有充足的衬垫，以尽量减少对容器后壁的冲击。
注：步骤 1.5 中描述的安装和捕获系统与用于固定 SSPPC 的系统相同。
3. 光学诊断
- 如图 3 所示，通过将组件安装在光学试验板上来设置激光器、分束器、反射镜和光接收器。将激光垂直于大炮定向，第一束穿过亚克力窗口穿过管道内部，第二束穿过大炮出口外侧。
- 通过将光接收器和激光模块连接到 15 V 限流电源和激光电源，为它们供电。使用 BNC 电缆将光接收器连接到示波器的两个通道。
- 将黑色电工胶带放在感光传感器的一半上。胶带用作“刀刃”，以创建灵敏的冲击检测设置。
注意：使用会聚透镜将光束聚焦在刀口上，可以进一步提高刀口检测的灵敏度。还可以通过增加光束行进到光接收器的距离来提高灵敏度，从而导致光束的折射位移更大。 - 在示波器上设置触发电平之前，请特别注意避免削波，这可能是由于刀口设置的灵敏度造成的。为避免削波，请调整刀口上光束的位置，使基线电压约为最大电压的 50%。最大电压是全光束位于无障碍探测器上的电压。
- 调整示波器上的设置以收集 2000 万个数据点。通过调整水平刻度旋钮将数据采集速率设置为 500 MHz。转动触发旋钮，在略低于从光接收器获取的基线电压时跳闸。
注意：乒乓球的速度可以通过使用光接收器模块的简单数学运算找到。速度是乒乓球的直径除以光束被球阻挡的时间。微处理器用于处理从内部光接收器模块接收到的信号，以自动测量大炮末端的球的速度。
- 调整示波器上的设置以收集 2000 万个数据点。通过调整水平刻度旋钮将数据采集速率设置为 500 MHz。转动触发旋钮，在略低于从光接收器获取的基线电压时跳闸。
4. 自动速度测量
- 要利用微处理器进行自动速度测量，请使用在基线电压的约10%处触发的比较器，将来自光接收器模块的信号转换为0-5 V脉冲，如图 5所示。将转换后的信号连接到微处理器的端口 7。
- 下载“JoVE_AutomaticVelocityDisplay.ino”（补充文件 6），并将其上传到微处理器。
- 将 RA8875 显示器和驱动板连接到微处理器上的指定端口。
5.乒乓球大炮的设置和发射
- 开炮前戴上耳罩和护目镜。
- 将乒乓球插入大炮的出口。轻轻地向大炮的末端吹气，直到球碰到管道入口附近的真空配件。
- 将 3 英寸 x 3 英寸的正方形胶带固定在大炮出口端的法兰上，将第二个正方形固定在亚克力盖上。密封胶带，使其粘附在法兰和盖子的表面上。
注意：如果有任何皱纹或大气泡，则需要丢弃胶带。如果胶带没有充分粘附在表面上，真空就会丢失，大炮可能会过早开火。如果在任何时候真空丢失，可以打开连接到真空泵的针阀以使系统达到平衡。 - 确保激光束以刀口为中心，正确设置扳机，并且捕获容器牢固。
- 打开真空泵，将管道抽真空到低于 2 Torr 的绝对压力。一旦达到足够的真空度，用尖锐物体（如宽头或剃须刀尖端）刺穿入口处的胶带。
- 点火后，关闭真空泵。从出口法兰和亚克力帽上取下胶带。
6.超音速乒乓炮的设置和发射
- 为了安全起见，在整个射击过程中佩戴听力和护目镜。
- 切割与法兰尺寸匹配的 0.0005 英寸、0.001 英寸和 0.002 英寸聚酯薄膜。这些板材可以手工切割，或者最好使用激光切割机切割。使用补充文件“JoVE_MylarDiaphram_Cut.svg”（补充文件 7）作为大纲。
注意：出于本实验的目的，用0.0005英寸，0.001英寸和0.002英寸的聚酯薄膜单张发射大炮，结果记录在 图7中。激光切割聚酯薄膜的模板可以作为SVG文件找到（补充文件7）。 - 确保从空气压缩机到驱动管的阀门已关闭。预填充空气压缩机，以便在大炮准备发射时更快地填充驱动管。
- 将乒乓球插入大炮的出口。轻轻地向大炮的末端吹气，直到球被驱动管入口附近的真空配件停止。
- 将 3 英寸 x 3 英寸的正方形胶带固定在大炮的出口端。密封胶带，使其粘附在法兰表面。
注意：如果有任何皱纹或大气泡，则需要丢弃胶带。如果胶带没有充分粘附在表面上，真空就会丢失，大炮可能会过早开火。如果出现真空泄漏或其他并发症，请使用驱动管上的压力释放阀和真空泵上的针阀使系统达到平衡。 - 在两个橡胶垫圈之间插入预切的薄聚酯隔膜。将振膜和橡胶垫圈放在加农炮的驱动器和从动部分之间。使用 4 个凸轮夹将两个部分紧密连接。
- 确保激光束以刀口为中心，正确设置扳机，并且捕获容器牢固。
- 打开真空泵，将管道抽真空到低于 2 Torr 的绝对压力。将空气压缩机的压力释放到驱动管中。让压力上升，直到隔膜爆裂，驱动管内的压缩空气迅速充满疏散的从动管。
- 大炮点火后，关闭空压机和真空泵。从大炮上取下爆裂聚酯隔膜和胶带。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
在这里，我们提供了PPC和SSPPC的构建和使用说明，以及用于冲击表征和速度测量的光学诊断的实施。还提供了具有代表性的实验结果。PPC 和 SSPPC 的完整系统以及必要的附件如图 1 和 图 2 所示。SSPPC是PPC的增强版本，其中管道的驱动加压部分连接到PPC的从动管。用于冲击波的刀口检测和乒乓球速度测量的光学诊断设置如图 3所示。示波器迹线示例显示了光学诊断对冲击表征和速度测量的有效性，以及显示球运动和对应于 示波器迹线的反射冲击波的概念草图。微处理器接收的原始信号和处理信号，以及LCD显示的速度计算说明，如图 5所示。 SSPPC成功点火的代表性双通道示波器迹线如图6所示。示波器迹线证明了刀口设置在检测大炮内部和刚过大炮出口的冲击波方面的有效性。当球通过时，迹线还会在信号中显示清晰的截止值，这用于精确的球速度计算。对SSPPC在不同隔膜破裂条件下的燃烧进行了测试。乒乓球速度与SSPPC隔膜破裂条件之间的相关性如图 7所示。
图1：标准乒乓球大炮示意图。 该图显示了标准乒乓球大炮的设置和布局。 请点击此处查看此图的大图。
图2：超音速乒乓球炮示意图。 该图显示了超音速乒乓炮的设置和布局。 请点击此处查看此图的大图。
图3：光学诊断硬件设置示意图。 该图显示了用于光学诊断测量的组件的设置和布局。 请点击此处查看此图的大图。
图 4：带有图示冲击波传播的代表性示波器迹线。 该图描绘了在整个大炮发射过程中反射的传播冲击波，其表示为电压相对于时间的变化。大炮的五个快照描绘了冲击传播的方向以及球在大炮中的位置。冲击波的方向由信号中的正或负尖峰决定。速度可以通过球切断光束引起的“方形”脉冲的宽度来测量。 请点击此处查看此图的大图。
图 5：微处理器信号转换和显示。 在这里，我们展示了由PPC的典型镜头引起的内部感应光接收器的迹线。由移动球引起的脉冲由比较器反转，去除额外的噪声，并导轨设置为0 V和5 V，以便微处理器可以轻松读取。处理后的方波脉冲的宽度由微处理器读取并用于计算速度，然后显示在LCD上。 请点击此处查看此图的大图。
图 6：用于触发 SSPPC 的代表性示波器迹线。 双通道示波器迹线显示了穿过大炮出口附近内部（红色）和外部（蓝色）区域的光束的刀刃信号。 请点击此处查看此图的大图。
图 7：SSPPC 乒乓球出口速度对隔膜破裂条件的依赖性。 SSPPC被烧制为一系列使用0.0005英寸，0.001英寸和0.002聚酯薄膜单张的箱子。绘制破裂时的膜压差与每种情况下的马赫数的关系图。每个膜片厚度的大炮发射八次，垂直和水平误差条分别代表压差和马赫数的标准误差。 请点击此处查看此图的大图。
视频1：纹影成像技术。 该视频揭示了磁带对反射冲击波的响应以及磁带在PPC出口处的最终分离。 请点击此处下载此视频。
视频2：高速阴影成像技术。 超音速乒乓球产生驻留冲击波。 请点击此处下载此视频。
补充文件1： JoVE_AcrylicWindows_Step1_Engrave.svg 请点击这里下载此文件。
补充文件2：JoVE_AcrylicWindows_Step2_Engrave.svg请点击这里下载此文件。
补充文件3：JoVE_AcrylicWindows_Step3_Cut.svg请点击这里下载此文件。
补充文件4： JoVE_AcrylicCap_Cut.svg 请点击这里下载此文件。
补充文件5：JoVE_CannonMountTemplate.png请点击这里下载此文件。
补充文件6：JoVE_AutomaticVelocityDisplay.ino请 点击这里下载此文件。
补充文件7：JoVE_MylarDiaphram_Cut.svg请点击这里下载此文件。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
我们已经提出了一种构建PPC和SSPPC的方法，以及用于测量球速和表征大炮出口附近冲击传播的光学诊断。标准 PPC 由 2 m 截面 1.5 在附表 80 PVC 管中构成。管道两端各装有法兰、快速连接真空接头和出口附近的亚克力窗口，用于激光诊断。PPC的详细原理图如图 1所示。在射击之前，将乒乓球插入大炮中，并密封末端。出口端通过将胶带直接固定在法兰上来密封。在管道的另一端，胶带用1.5英寸的切口固定在丙烯酸帽上，并使用带有橡胶垫圈的丙烯酸帽密封管道。PPC牢固固定，坚固的容器放置以安全地接住乒乓球。通过将管道疏散到低于 2 Torr 的降低绝对压力并用尖锐物体刺穿大炮来发射大炮。SSPPC是PPC的增强结构，通过将附表80 PVC管中的4加压部分固定到标准PPC上，产生更高的加速度和超音速乒乓球速度。SSPPC的详细原理图如图 2所示。加压管的一端用盖子密封，而另一端用减速器联轴器和法兰连接到PPC。加压管配有 1-100 psi 压力表、空气压缩机的快速连接接头和安全泄压阀。在发射之前，将球插入大炮中，并通过将胶带固定在法兰上来密封出口端。然后，驱动器和从动部分通过薄聚酯膜片和橡胶垫圈牢固连接。SSPPC是固定的，并且放置了一个坚固的容器，可以安全地接住乒乓球。在将从动管中的压力降低到2 Torr以下后，通过将空气压缩机的压力释放到驱动管中来发射大炮，直到隔膜爆裂。
刀刃光学诊断设置在带有激光器、分束器、反射镜和两个光电接收器的光学试验板上，如图 3所示。激光垂直于大炮的方向，一束穿过亚克力窗口穿过管道内部，另一束（来自分束器）刚好穿过大炮的出口。光束的强度由两个光电接收器模块收集，信号显示在双通道数字示波器上。将黑色电工胶带放置在光接收器传感器上，以阻挡每个光束的大约一半。胶带用作刀刃，提高了检测冲击波或流动中其他密度变化产生的小横向偏转的灵敏度。当大炮发射时，当球穿过第一束光束时，通过触发示波器自动记录来自光电接收器的数据。在示波器上设置触发电平之前，必须特别注意避免削波，这可能是由刀口系统的灵敏度引起的。通过调整刀口上光束的位置，使基线电压约为最大电压的50%，可以避免削波。乒乓球速度是使用来自光接收器模块的迹线计算的。通过将乒乓球的直径除以光束被球阻挡的时间，可以简单准确地计算速度。微处理器用于处理从穿过管道内部的光束接收到的信号，以自动计算和显示大炮出口附近的球的速度。
该方法的结果具有高度可重复性，并提供了乒乓球速度的即时数字显示，提高了大炮作为演示装置的价值。使用刀口设置的示波器迹线包含与大炮相关的可压缩流动和冲击波的丰富视觉描述。该方法侧重于受许多次要因素影响的实验，这些因素可以在实验室环境中进一步研究，例如壁摩擦，球周围空气泄漏，加速球形成冲击波，球和胶带出口之间的冲击波反射产生的压力快速积累， 以及随后在球退出之前分离胶带。 SSPPC发射的代表性示波器迹线如图6所示。图中的上部迹线对应于穿过出口附近大炮内部的光束。下面的迹线对应于在离开大炮后穿过乒乓球路径的光束。当球经过并阻挡每个光束时，信号中的明确截止是显而易见的。通过传播冲击波引入的球通道前的电压尖峰通过刀口检测设置得到增强，并且可以在每条迹线上看到。由于球和磁带之间的大炮内部冲击波的反射，上部走线中的连续电压尖峰反转。相比之下，下部走线上的每个电压尖峰都在同一方向上，因为大炮外部的冲击波不会反射并第二次穿过外部光束。
除了已经提出的实验之外，还可以设计后续学生项目，以在大炮发射期间提供对测试条件的额外控制。例如，当前的SSPPC在管道的两段之间形成足够的压差后，在隔膜自然破裂时触发。开发由用户启动或在所需驱动器压力下自动触发的用户控制破裂机制，将允许更精确地控制测试条件。其他后续项目可以旨在测量乒乓球在一次发射大炮时在多个位置的速度，以更完整地描述球沿着管道行进时的速度和加速度。PPC中的速度测量值作为位置的函数之前已经研究过，但是每个速度数据点都是从PPC1的单独发射中获得的。
乒乓球大炮将继续成为一种示范，为所有年龄和类型的观众带来阴谋和好奇心。大炮所展示的复杂流体物理学将继续提供看似无限的后续研究，可以在物理和工程实验室项目中进行研究。在课堂上，它将继续作为一种流行的示范，激发人们对大气压力大小的兴奋和好奇。我们预计，我们提出的SSPPC和光学诊断的构建方法将提高大炮作为演示装置和令人兴奋的实验室实验的有用设备的价值。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
作者没有什么可透露的。
Acknowledgments
这项工作得到了NSF本科教育部（奖项#2021157）的支持，作为IUSE：EHR计划的一部分
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 15 V Current Limited Power Supply | New Focus | 0901 | Quantity: 1 |
| 2" x 6" Plank | Home Depot | BTR KD-HT S | Quantity: 1 |
| 5.0" 40-pin 800 x 480 TFT Display | Adafruit | 1680 | Quantity: 1 |
| Absolute Pressure Gauge | McMaster-Carr | 1791T3 | 0–20 Torr | Quantity: 1 |
| Air Compressor | Porter Cable | C2002 | 6 gallon | Quantity: 1 |
| Arduino UNO Rev3 | Arduino | A000066 | Quantity: 1 |
| ASME-Code Fast-Acting Pressure-Relief Valve for Air |
McMaster-Carr | 5784T13 | Nickel-Plated, 3/8 NPT, 125 PSI Set Pressure | Quantity: 1 |
| Black Electrical Tape | McMaster-Carr | 76455A21 | Quantity: 1 |
| BNC Cable | Digikey Number | 115-095-850-277M050-ND | Quantity: 2 |
| Broadband Dielectric Mirror | THORLABS | BB05-E02 | 400–750 nm, Ø1/2" | Quantity: 1 |
| C-Clamp | McMaster-Carr | 5133A15 | 3" opening, 2" reach | Quantity: 6 |
| Cam Clamp | Rockler | 58252 | Size: 5/16"-18 | Quantity: 2 (2 pack) |
| Digital Pressure Gauge | Omega Engineering, Inc. | DPG104S | 0–100 Psi Absolute Pressure, With Output and Alarms | Quantity: 1 |
| Digital Pressure Gauge | Omega Engineering, Inc. | DPG104S | 0–100 Psi Absolute Pressure, With Output and Alarms | Quantity: 1 |
| Draw Latch | McMaster-Carr | 1889A37 | Size: 3 3/4" x 7/8" | Quantity: 4 |
| Driver Board for 40-pin TFT Touch Displays | Adafruit | 1590 | Quantity: 1 |
| Full Faced EPDM Gasket | PVC Fittings Online | 155G125125FF150 | Quantity: 2 |
| Gasket Material | McMaster-Carr | 9470K41 | 15" x 15", 1/8" thick | Quantity: 1 |
| Glowforge Plus | Glowforge | Glowforge Plus | Quantity: 1 |
| HeNe Laser | Uniphase | 1108 | Class 2 | Quantity: 1 |
| High Tack Box Sealing Tape | Scotch | 53344 | 72 mm wide |
| Laser Power Supply | Uniphase | 1201-1 | 115 V .12 A | Quantity: 1 |
| LM311 Comparator | Digikey Electronics | 296-1389-5-ND | Quantity: 1 |
| Mirror Mount | THORLABS | FMP05 | Fixed Ø1/2", 8–32 Tap | Quantity: 1 |
| Moisture-Resistant Polyester Film | McMaster-Carr | 8567K102 | 10' x 0.0005" x 27" | Quantity: 1 |
| Moisture-Resistant Polyester Film | McMaster-Carr | 8567K12 | 10' x 0.001" x 40" | Quantity: 1 |
| Moisture-Resistant Polyester Film | McMaster-Carr | 8567K22 | 10' x 0.002" x 40" | Quantity: 1 |
| Mourtise-Mount Hinge with Holes | McMaster-Carr | 1598A52 | Size: 1" x 1/2" | Quantity: 4 |
| Needle Valve | Robbins Aviation Inc | INSG103-1P | Quantity: 1 |
| Non-Polarizing Cube Beamsplitters | THORLABS | BS037 | Size: 10 mm | Quantity: 2 |
| Nonmetallic PVC Schedule 40 | Cantex | A52BE12 | Quantity: 2.5 m |
| Oatey PVC Cement and Primer | PVC Fittings Online | 30246 | Quantity: 1 |
| Oil-Resistant Compressible Buna-N Gasket with Holes and Adhesive | McMaster-Carr | 8516T454 | 1-1/2 Pipe Size, ANSI 150, 1/16" Thick | Quantity: 1 |
| Oscilliscope | Tektronix | TBS2102 | Quantity: 1 |
| Photoreceiver | New Focus | 1801 | 125-MHz | Quantity: 2 |
| Ping Pong Balls | MAPOL | FBA_MP-001 | Three Star |
| Platform Mount for 10mm Beamsplitter and Right-Angle Prisms | THORLABS | BSH10 | 4-40 Tap | Quantity: 1 |
| Proofgrade High Clarity Clear Acrylic | Glowforge | NA | Thickness: 1/8" | Quantity: 1 |
| Sch 80 PVC Cap | PVC Fittings Online | 847-040 | Size: 4" | Quantity: 1 |
| Sch 80 PVC Pipe | PVC Fittings Online | 8008-040AB-5 | Quantity: 5 ft |
| Sch 80 PVC Reducer Coupling | PVC Fittings Online | 829-419 | Size: 4" x 1-1/2" | Quantity: 1 |
| Sch 80 PVC Slip Flange | PVC Fittings Online | 851-015 | Size: 1 1/2" | Quantity: 3 |
| Silicone Sealant Dow Corning | McMaster-Carr | 7587A2 | 3 oz. Tube, Clear | Quantity: 1 |
| Steel Corner Bracket | McMaster-Carr | 1556A42 | Size: 1 1/2" x 1 1/2" x 1/2" | Quantity: 16 |
| Vacuum Pump | Mastercool | MSC-90059-MD | 1 Stage, 1.5 CFM, 1/6HP, 115V/60HZ |
References
- Peterson, R. W., Pulford, B. N., Stein, K. R. The ping-pong cannon: A closer look. The Physics Teacher. 43 (1), 22-25 (2005).
- Olson, G., et al. The role of shock waves in expansion tube accelerators. American Journal of Physics. 74 (12), 1071-1076 (2006).
- Cockman, J.
- Ayars, E., Buchholtz, L.
- Thuecks, D. J., Demas, H. A. Modeling the effect of air-intake aperture size in the ping-pong ball cannon. American Journal of Physics. 87 (2), 136-140 (2019).
- Liepmann, H. W., Roshko, A. Elements of gas dynamics. , Wiley. New York, NY. (1957).
- Settles, S. Schlieren and shadowgraph techniques. , Springer Berlin Heidelberg. Berlin, Germany. (2001).
- Geisert, T. A single mirror schlieren optical system. American Journal of Physics. 52 (5), 467 (1984).
- French, R. M., Gorrepati, V., Alcorta, E., Jackson, M. The mechanics of a ping-pong ball gun. Experimental Techniques. 32 (1), 24-30 (2008).
- French, M., Zehrung, C., Stratton, J.
- French, F., Choudhuri, R., Stratton, J., Zehrung, C., Huston, D. A modular supersonic ping-pong gun. arXiv. , (2018).
- Fredrick, C. D., et al. Complementary studies on supersonic nozzle flow: heterodyne interferometry, high-speed video shadowgraphy, and numerical simulation. WIT Transactions on Modelling and Simulation. 59, 223-234 (2015).
