Podrobnejši napotki
Težavnostna stopnja
Demonstracija se izkaže za zelo lahko, da jo izpeljemo, čeprav je zelo pomembno da kupimo pravilen T-kos cevi, ki bo omogočal neoviran prehod projektila. Nekateri T-kosi imajo ožje grlo, kot je cev na katero so priključeni, kar jih naredi neuporabne, spet drugi pa imajo dodatke katere je treba odstraniti. Seveda je več kot očitno, močnejši kot je sesalec, močnejša in uporabnejša bo bazooka!
Kaj potrebujemo?
Kaj naredite?
Sestavite T-kos z dolgo ravno odtočno cevjo tako kot je prikazano na sliki, da T-kos ne bo oviral prostega prehoda projektila. (Včasih imajo T-kosi manjše robove na njihovi notranji steni, zato da se cev preciznejše prilega T-kosu. Če le te gledajo skozi rob odtočne cevi tako da ovirajo prehod projektila jih je potrebno obrezati.) Nato priključite cev sesalca na T-kos in ju oblepite z lepilnim trakom, da tako dobite boljši stik. Sedaj vključite sesalec, tako da iz odtočne cevi izsesate zrak.
Deloma vstavite projektil v zadnji kos odtočne cevi, tako da ga lahko še vedno dobro držite - da vam ne pobegne. Nato pomerite s prvim delom cevi (T-kosom) in pred izhod pritisnite kos papirja, ki se prisesa nanj. Začutili boste pritisk atmosfere na projektil in le s težavo ga boste lahko še zadrževali, kar pomeni da je vakuum zelo dober. Zaslišali boste tudi, da se zvok motorja vašega sesalca spremeni (motor je obremenjen), kar tudi pomeni da je vakuum dober. Sedaj lahko projektil izpustite in po dveh ali treh sekundah..................boooooooonk!
|
|
|
Komplicirani deli
Zelo težavno je narediti projektil, ki se dovolj dobro prilagaja cevi, tako da ne izgubimo preveč hitrosti zaradi preslabega tesnjenja in hkrati ne izgubimo zaradi učinkov trenja, ki so posledica predobre tesnitve. Nam se je projektil zelo dobro prilegal (posledica pravilne izbire cevi), vi pa lahko uporabite kos krpe ali nekaj podobnega in ga ovijete okoli malo premajhnega projektila, ali pa naredite tesnilni prstan za projektil.
Tesnilni prstan deluje tako, da je fleksibilen in ima obliko čašice, tako da pritisk, v tem primeru zračni tlak, napihne čašice in jih naredi neprepustno prilagojene cevi, kot to prikazuje diagram. Tlačilka za kolo in mnoga industrijska tesnila delujejo na principu čašno-oblikovanih tesnilnih prstanih.
Projektil naj bo dovolj dolg, tako da se v cevi ne bo obračal iz zabijal v stene še posebej v T-kosu (čeprav je to le redkost). Razmerje 2:1 je verjetno ravno pravšnje, tako da naj bo projektil kalibra (premera) 35mm dolg približno 70 mm.
Presenetljiv del
Nasveti za tip top izvedbo
Nevarni del
Ne pozabi ničesar takšnega kot vazo, tvojo roko ali tvojega brata pred papirjem, ki tesni izhod cevi. Če se vam projektil slučajno izmuzne iz rok, ko ga držite, bo le ta švignil po cevi in lahko se pripeti nesreča. Predlagamo vam, da daste na nos izstrelka kos trde gumijaste gobe, mogoče pol teniške žogice, tako da zmanjšate možnosti škode, če se slučajno kaj pripeti.
Fizika in matematika
Sesalec proizvede vakuum v cevi. Pomanjkanje zračnega tlaka v notranjosti cevi samo po sebi ne premakne projektila. Kar ga premika je pritisk (10 N ali približno 1 kg uteži na vsak kvadratni centimeter) okoli nas (projektil se ne premakne, če ni vakuuma, ker takrat nanj deluje enaka sila na obeh straneh). Kos papirja ne ustavi projektila, ker kljub temu da je papir zmožen zadržati dokaj veliko silo, jo bo zadržal samo trenutno, preden ga bo odrinilo iz konca cevi.
Če vakuumski sesalec proizvede popoln vakuum (0 atmosfer absolutnega pritiska), potem bi se projektil premikal izredno hitro. Sesalec pa proizvede samo delni vakuum, recimo 80 procentov od 1 atmosfere absolutnega pritiska. Projektil hiti po cevi pod razliko pritiska, ki znaša 20 procentov atmosfere in doseže hitrost (na koncu cevi) približno do 30 m/s. Papir ima majhno maso in predstavlja upirajočo se silo (ki je posledica 20 ali 30 procentov atmosferskega pritiska) na projektil le za dolžino nekaj desetin milimetra ( po predpostavki, da sesalec uspe izsesavati zrak dovolj hitro iz cevi, da zagotavlja konstanten pritisk med izstrelitvijo).
F=ma, tako da je a=F/m.
Projektil, težak 0,1 kg, bo tako pospešen s približno 100 g, kjer je delujoča sila približno 100 N.
, 
,
tako da je s tlačno razliko 0,2 atmosfere
.
Sedaj je teža projektila enostavno
za vrednost pospeška zaradi gravitacije na zemeljskem površju, ki znaša 9,8 m/s2, in sila katero uporabljamo mi je 100-krat toliko, kar nam da 100 g pospeška.
Vakuumska bazooka bo delala, če jo povečamo ali pomanjšamo (po velikosti):
če jo povečamo za faktor F, potem se teža projektila poveča za F3, medtem ko se območje na katerem deluje atmosfera poveča za F2, in dolžina na katero ta sila deluje se zmanjša za F, kar da celotno energijo izstrelka, ki se spreminja kakor se spreminja teža in ima zato konstantno izstopno hitrost.
Očitno je maksimalna dosegljiva hitrost omejena, ker je atmosferski pritisk (tlak) samo 105 N in le ta je dosegljiv, če uporabljamo veliko boljši vakuum kot ga lahko sesalec tipično proizvede. Če izenačimo delo, ki ga opravlja atmosfera na zadnjem delu projektila in kinetično energijo projektila, si lahko predstavljamo kje je limita hitrosti izstrelka vakuumske bazooke podane z
kjer je P0 zračni tlak, L dolžina cevi in z dolžina izstrelka ter 
gostota projektila. V bistvu je maksimalna hitrost v praksi še nižja kot ta:
če je dolžina cevi (L) predolga, potem se pojavijo izgube zaradi trenja, ki nastane zaradi drsenja izstrelka, in pretoka zraka iz atmosfere po cevi. Če je projektil prelahek (njegova gostota je premajhna) in je njegova dolžina (z) prekratka, se bo hitro upočasnil v zraku, ko je izstreljen, zaradi zračnega upora.
Končno se pojavi vprašanje o "izhodni hitrosti". Lahko jo le na grobo ocenimo, kako velika naj bi bila, če najprej izračunamo koliko energije se potroši za izhod iz cevi.
Predpostavi, za primer, da ima kos papirja na koncu zelo majhno maso, ampak še vedno uporablja enak pritisk, kot je gonilni vakuum na koncu projektila, za razdaljo enako polovici bremena, recimo 17 mm. Količina Eabs absorbirane energije papirja na koncu tako znaša približno
Kinetična energija projektila mora očitno preseči to vrednost, to je
tako da je izstopna hitrost vesc podana z
Za projektil z maso 0,1 kg je izstopna hitrost tako približno 2 m/s. Energija, ki jo absorbira košček papirja na koncu, je seveda absorbirana tudi, če projektil pobegne (izstopi), kar nakazuje, da se nekaj odstotkov energije izgubi, v našem primeru 2 procenta.
In končno, bolj napredne vakuumske bazooke
Primerno vprašanje: Zakaj košček papirja ''preživi'' v večini primerov?
Zakaj ga projektil ne raztrga na koščke? Ali ima to zvezo s tem, da lahko sesalec proizvede le delni vakuum?
Poskusite s kamero posneti izstrelitev in poskusite, če lahko ugotovite kaj se tam dogaja, z uporabo freeze-frame-ma (pavza). Še boljše, mogoče lahko dobite kamero, ki bo delala hitre posnetke izstrelitve in z njeno pomočjo preučite vprašanje.
V bistvu pritisk v cevi niha od maksimalnega pritiska na začetku do minimalnega, ker projektil stiska zrak, ki je ostal v cevi. Proti koncu svojega potovanja, se projektil premika tako hitro, da sesalec preostalega zraka ne bo odstranil dovolj hitro. Pritisk se nabira, tako da tik preden projektil izstopi, pritisk postane pozitiven in odrine papir iz konca cevi. To je dobro, ampak seveda to tudi pomeni, da bo projektil dosegel manjšo izstopno hitrost, kot jo bi, če bi še vedno bil vzdrževan vakuum.