Süpersonik bir pinpon topunun (SSPPC) yapımı için bir yöntemin, top hızlarının ölçülmesi için optik teşhis teknikleri ve topun ateşlenmesi sırasında yayılan şok dalgalarının karakterizasyonu için bir yöntem açıklıyoruz.
Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.
Yöntem makalesi
Süpersonik Ping-Pong Topunun Yüksek Hızlı Optik Teşhisi
* These authors contributed equally
Bu makalede
Özet
Özet
Geleneksel pinpon topu (PPC), tahliye edilmiş bir borudan bir pinpon topunu yalnızca atmosferik basıncı kullanarak neredeyse sonik hızlara fırlatan bir eğitim cihazıdır. PPC'nin artırılmış bir versiyonu olan SSPPC, topu atmosferik basınçtan daha büyük bir şekilde hızlandırarak süpersonik hızlara ulaşır. Optimize edilmiş bir PPC ve SSPPC'nin yapımı ve kullanımı için talimatlar sağlıyoruz.
Optik teşhis, top dinamiklerini araştırmak amacıyla uygulanır. Borunun çıkışına yakın iki akrilik pencereden gönderilen HeNe lazer, bir fotoalıcı sensörü üzerinde sonlandırılır. Bir mikroişlemci, topun hızını otomatik olarak hesaplamak için ışının pinpon topu tarafından engellendiği zamanı ölçer. Sonuçlar hemen bir LCD ekranda sunulur.
Optik bıçak kenarı kurulumu, sensördeki HeNe ışınının bir kısmını keserek şok dalgalarını tespit etmek için son derece hassas bir araç sağlar. Şok dalgaları, fotoalıcıdan gelen elektrik sinyalinde küçük voltaj artışları olarak gözlenen ışının kırılmaya bağlı sapmalarına neden olur.
Sunulan yöntemler yüksek oranda tekrarlanabilir ve laboratuvar ortamında daha fazla araştırma fırsatı sunmaktadır.
Giriş
PPC, insanların sürekli olarak maruz kaldığı muazzam hava basıncını göstermek için kullanılan popüler bir fizik gösterisidir 1,2,3,4,5. Gösterim, bir pinpon topunun, topun çapına yaklaşık olarak eşit bir iç çapa sahip bir boru bölümüne yerleştirilmesini içerir. Boru her iki ucunda bantla kapatılır ve 2 Torr'dan daha düşük bir iç basınca tahliye edilir. Borunun bir ucundaki bant delinir, bu da havanın topa girmesine izin verir ve topun yaklaşık 5.000 g'lık tepe ivmelenmeleri yaşamasına neden olur. Sadece atm....
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Protokol
1. Masa tenisi topunun (PPC) yapımı ve montajı
- PPC'nin tüm bileşenlerini Şekil 1'e göre birleştirin.
- Topun iç kısmında optik problamaya izin vermek için topun yanlarına iki adet yüksek netlikte akrilik pencere yerleştirin.
- Topun çıkışına yakın PVC'nin zıt taraflarından iki 1/2 delik açın.
- Bir lazer oymacı kullanarak kalın akrilik pencerelerde iki 1/8 hazırlayın. Üç ek svg dosyasını indirin.
NOT: "JoVE_AcrylicWindows_Step1_Engrave.svg" etiketli üç dosya vardır
(Ek Dosya 1), "JoVE_AcrylicWindows_Step2_Engrave.svg"
(Ek Dosya 2) ve "JoVE_AcrylicW....
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Sonuçlar
Burada, bir PPC ve bir SSPPC'nin inşası ve kullanımı ile şok karakterizasyonu ve hız ölçümleri için optik teşhisin uygulanması için talimatlar sunuyoruz. Temsili deneysel sonuçlar da verilmektedir. PPC ve SSPPC'nin tamamlanan sistemleri, gerekli aksesuarlarla birlikte Şekil 1 ve Şekil 2'de gösterilmiştir. SSPPC, borunun tahrik edilen borusuna tahrikli, basınçlı bir bölümünün bağlandığı PPC'nin artırılmış bir versiyonudur. Şok dalgalarının bıçak sırtı tespiti ve .......
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Tartışma
Top hızlarının ölçümü ve topun çıkışına yakın şok yayılımının karakterizasyonu için optik teşhis ile birlikte bir PPC ve bir SSPPC'nin inşası için bir yöntem sunduk. Standart PPC, 80 PVC boru çizelgesinde 1,5'lik 2 m'lik bir kesit ile inşa edilmiştir. Boru, her iki ucunda flanşlar, hızlı bağlanan vakum bağlantı parçaları ve lazer teşhisi için çıkışın yakınında akrilik pencerelerle donatılmıştır. PPC'nin ayrıntılı bir şeması Şekil 1'de gösterilmiştir. Ateş etmeden önce, topun içine bir pinpon.......
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Açıklamalar
Yazarların açıklayacak hiçbir şeyi yok.
Teşekkürler
Bu çalışma, IUSE: EHR programının bir parçası olarak NSF Lisans Eğitimi Bölümü (ödül # 2021157) tarafından desteklenmektedir.
....Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Malzemeler
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| 15 V Akım Sınırlı Güç | Kaynağı Yeni Odak | 0901 | Miktar: 1 |
| 2 "x 6" Tahta | Ev Deposu | BTR KD-HT S | Miktar: 1 |
| 5.0" 40 pinli 800 x 480 TFT Ekran | Adafruit | 1680 | Miktar: 1 |
| Mutlak Basınç Göstergesi | McMaster-Carr | 1791T3 | 0– 20 Torr | Miktar: 1 |
| Hava Kompresörü Taşıyıcı Kablosu | C2002 | 6 galon | Miktar: 1 | |
| Arduino UNO Rev3 | Arduino | A000066 | Miktar: 1 |
| ASME Kodu Hızlı Etkili Basınç Tahliye Vanası Hava için | McMaster-Carr | 5784T13 | Nikel Kaplama, 3/8 NPT, 125 PSI Ayar Basıncı | Miktar: 1 |
| Siyah Elektrik Bandı | McMaster-Carr | 76455A21 | Miktar: 1 |
| BNC Kablo | Digikey Numarası | 115-095-850-277M050-ND | Miktar: 2 |
| Geniş Bant Dielektrik Ayna | THORLABS | BB05-E02 | 400 – 750 nm, & Oslash; 1/2 inç | Miktar: 1 |
| C-Clamp | McMaster-Carr | 5133A15 | 3" açıklık, 2" erişim | Miktar: 6 |
| Kam Kelepçesi | Rockler | 58252 | Boyut: 5/16"-18 | Miktar: 2 (2 paket) |
| Dijital Basınç Göstergesi | Omega Engineering, Inc. | DPG104S | 0– 100 psi mutlak basınç, çıkış ve alarmlarla | Miktar: 1 |
| Dijital Basınç Göstergesi | Omega Mühendislik A.Ş. | DPG104S | 0– 100 psi mutlak basınç, çıkış ve alarmlarla | Miktar: 1 |
| Çekme Mandalı | McMaster-Carr | 1889A37 | Boyut: 3 3/4" x 7/8" | Miktar: |
| 40 pinli TFT Dokunmatik Ekranlar için 4 Sürücü Kartı | Adafruit | 1590 | Miktar: 1 |
| Tam Yüzlü EPDM Conta | PVC Ek Parçaları Çevrimiçi | 155G125125FF150 | Miktar: 2 |
| Conta Malzemesi | McMaster-Carr | 9470K41 | 15 "x 15", 1/8 "kalınlık| Miktar: 1 |
| Glowforge Plus | Glowforge Glowforge | Plus | Miktar: 1 |
| HeNe Lazer | Uniphase | 1108 | Class 2 | Miktar: 1 |
| High Tack Box Sızdırmazlık Bandı | Scotch | 53344 | 72 mm genişliğinde |
| Lazer Güç Kaynağı | Unifaze | 1201-1 | 115 V .12 A | Miktar: 1 |
| LM311 Karşılaştırıcı | Digikey Electronics | 296-1389-5-ND | Miktar: 1 |
| ayna montajı | THORLABS | FMP05 | Sabit ve Oslash; 1/2 ", 8– 32 Musluk | Miktar: 1 |
| Neme Dayanıklı Polyester Film | McMaster-Carr | 8567K102 | 10' x 0.0005" x 27" | Miktar: 1 |
| Neme Dayanıklı Polyester Film | McMaster-Carr | 8567K12 | 10' x 0.001" x 40" | Miktar: 1 |
| Neme Dayanıklı Polyester Film | McMaster-Carr | 8567K22 | 10' x 0.002" x 40" | Miktar: 1 |
| Delikli Mourtise Montajlı Menteşe | McMaster-Carr | 1598A52 | Boyut: 1" x 1/2" | Miktar: 4 |
| İğneli Vana | Robbins Aviation Inc | INSG103-1P | Miktar: 1 |
| Polarize Olmayan Küp Işın Ayırıcı | THORLABS | BS037 | Boyut: 10 mm | Miktar: 2 |
| Metalik Olmayan PVC Çizelge 40 | Cantex | A52BE12 | Miktar: 2.5 m |
| Oatey PVC Çimento ve Astar | PVC Ek Parçaları Çevrimiçi | 30246 | Miktar: 1 |
| Yağa Dayanıklı Sıkıştırılabilir Buna-N Conta, Delikli ve Yapışkanlı | McMaster-Carr | 8516T454 | 1-1/2 Boru Boyutu, ANSI 150, 1/16" Kalınlık| Miktar: 1 |
| Osiloskop | Tektronix | TBS2102 | Miktar: 1 |
| Photoreceiver | New Focus | 1801 | 125-MHz | Miktar: 2 |
| Masa Tenisi Topları | MAPOL | FBA_MP-001 | |
| 10mm Işın Ayırıcı ve Dik Açılı Prizmalar için Üç Yıldızlı Platform Montajı | THORLABS | BSH10 | 4-40 Tap | Miktar: 1 |
| Proofgrade Yüksek Berraklıkta Şeffaf Akrilik | Glowforge | NA | Kalınlık: 1/8" | Miktar: 1 |
| Sch 80 PVC Kapaklı | PVC Bağlantı Parçaları Çevrimiçi | 847-040 | Boyut: 4" | Miktar: 1 |
| Sch 80 PVC Boru | PVC Ek Parçaları Çevrimiçi | 8008-040AB-5 | Miktar: 5 ft |
| Sch 80 PVC Redüktör Kaplin | PVC Ek Parçaları Çevrimiçi | 829-419 | Boyut: 4" x 1-1 / 2" | Miktar: 1 |
| Sch 80 PVC Kayma Flanşlı | PVC Bağlantı Parçaları Çevrimiçi | 851-015 | Boyut: 1 1/2" | Miktar: 3 |
| Silikon Mastik Dow Corning | McMaster-Carr | 7587A2 | 3 oz. Tüp, Şeffaf | Miktar: 1 |
| Çelik Köşe Braketi | McMaster-Carr | 1556A42 | Boyut: 1 1/2" x 1 1/2" x 1/2" | Miktar: 16 |
| Vakum Pompası | Mastercool | MSC-90059-MD | 1 Aşamalı, 1,5 CFM, 1/6HP, 115V/60HZ |
Kaynaklar
- 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).
- ....
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Yeniden basım ve izinler
