Vakuum bazooka

Rezultati

Pri poskusih smo merili tlak v cevi, hitrosti različno težkih izstrelkov, pri treh različnih dolžinah cevi: 40 cm, 80 cm in 100 cm. Pri merjenjih smo bili omejeni z resolucijo snemanja Vernier merilnikov, saj nismo mogli hkrati zajemati podatkov o tlaku v cevi in meriti hitrosti izstrelka z vsaj približno dobro natančnostjo. Zato smo najprej večkrat izmerili hitrosti izstrelkov na posameznih odsekih v cevi in nato posneli še kaj se dogaja s tlakom v cevi. Naredili smo tudi nekaj meritev zvoka z mikrofonom. Na naše veliko presenečenje so bile meritve z mikrofonom neuporabne, saj so zajele preveč šuma iz okolice, poleg tega pa nismo mogli mikrofona postaviti v cev, kar je pomenilo še slabše razmerje signal-šum. Bile pa so zato za določitev frekvence zvoka dovolj natančne meritve z merilniki tlaka v cevi, kar nas je spet nemalo presenetilo.

Pri meritvah hitrosti za različne dolžine cevi smo bili "omejeni" s tem, kar smo "podedovali", od skupine, ki je vakuum bazooko izdelala, saj smo meritve opravljali na njihovem izdelku. Vendar je treba poudariti, da to ni bila posebna omejitev, saj je bazooka zelo dobro delovala, edino kar bi si lahko želeli, je podalšljiva cev, saj bi tako lahko za bolj obtežen izstrelek preizkusili, ali bi v daljši cevi pospešil na enako končno hitrost, kot lažji izstrelek. To je bila teoretična predpostavka (vendar teorija ni zajemala puščanja zraka ob izstrelku, trenja, vrtenja,...). Bilo bi zanimivo preizkusiti. Metoda merjenja za različne dolžine cevi je bila zelo enostavna. V cevi fiksne dolžine smo merili hitrost na različnih mestih glede na začetno lego izstrelka (skozi luknjice v cevi9 in predpostavili, da je vse enako kot v cevi, ki je zares skrajšana.

Ugotovili smo, da je za lahek izstrelek obstoječa cev že nekoliko predolga, saj je izstrelek na končno hitrost pospešil že prej, potem pa so imeli trenje in vse ostale neidealnosti pri poskusu prevladujočo vlogo in izstrelek se je začel ustavljati. Nasprotno pa tega ustavljanja pri težjem izstrelku ni bilo zaznati, zato bi bilo vredno poskus opraviti pri še daljši cevi. Zanimivo je tudi razhajanje med našimi napovedmi in izmerjenimi vrednostmi. To je seveda bilo pričakovano, saj je poskus v realnosti zelo daleč od idealnega primera. Izmerjene hitrosti so okoli polovice napovedanih, kar se lahko zdi ogromno odstopanje, vendar je treba poudariti, da naš izstrelek ni zatesnil cevi, kar pomeni, da je bila efektivna razlika tlakov mnogo nižja od napovedane, saj je zrak "uhajal" mimo izstrelka (to se lepo vidi tudi na meritvah tlaka v cevi).

oddaljenost od vhoda v cev [m] težji izstrelek (M=14g) lažji izstrelek (m=46g)
0,4 10 ,0m/s 17,0 m/s
0,8 14,0 m/s 21,5 m/s
1,0 16, 1 m/s 20 m/s
Napovedane vrednosti //
0,4 19,2m/s 34.2 m/s
0,8 26,6 m/s 45.4 m/s
1,0 31,1 m/s 52.5 m/s

DIMENZIJE
cev:
premer... 2R = 2,5 cm
dolžina... L = 1,65 cm
IZSTRELEK (škatlica za film)
premer... 2r = 3,25 cm
dolžina... l = 5,07 cm
masa:
obtežena: M = 14 g
neobtežena : m = 4g

Pri meritvah tlaka dolžine cevi nismo mogli spreminjati, saj smo že pri meritvah hitrosti krajšo cev "simulirali" z zgodnejšim merjenjem. Merili smo z dvema senzorjema, enim blizu sredine cevi, drugi pa je bil ob kolenu cevi (blizu krajišča). Razlika med obema meritvama je v grobem v tem, da je amplituda nihanja tlaka največja na sredini cevi, za robu pa je vozel amplitud tlaka. To se iz meritev lepo vidi. Frekvenco nastalega zvoka smo iz grafov ocenili tako, da smo ocenili čas 10 nihajev zraka in potem izračunali frekvenco. Rezultati meritev se gibljejo med 100 in 127 Hz, vendar je treba upoštevati, da nastali zvok ni bil vedno enako izrazit, zato je smiselno dati večjo težo meritvam, ki imajo večje amplitude nihanja. Prav pri teh meritvah pa je merjena frekvenca najbliže lastni frekvenci cevi (103Hz). Opozoriti je vredno še na pojav utripanja, ki ga je opaziti na nekaterih posnetkih. Najprej smo ga pripisali temu, da imamo v cevi koleno, ki bi lahko zmotilo valovanje v cevi in bi imeli tako valovanje v nekoliko skrajšani cevi in v celi cevi, kar bi zaradi dveh podobnih frekvenc povzročilo utripanje. Vendar se izračuni meritev s to predpostavko zelo razlikujejo od napovedanih vrednosti (okoli 160Hz). Tako smo na koncu to utripanje pripisali (po pogovoru z asistentom) premajhni frekvenci vzorčenja, kar lahko povzroči navidezno utripanje.

težji izstrelek

težji izstrelek

v = 105Hz

kratka cev

kratka cev

v = 105 Hz

kratka cev

kratka cev

v=127Hz

kratka cev, lahek izstrelek

kratka cev, lahek izstrelek

v = 100Hz

kratka cev, lahek izstrelek

kratka cev, lahek izstrelek

v = 125Hz

Komentar h grafom: zelene barve je meritev senzorja tlaka na sredini cevi, rdeče barve pa je meritev s krajišča cevi. Vsi grafi so p(t),p[kPa], t[s]. Zaradi težav z umerjanjem senzorjev, je zunanji tlak referenca, in sicer 0 kPa. To v ničemer ne spremeni meritev razlike tlakov, ki je poganjala naš izstrelek. Slike so grupirane skupaj po dve in dve, zgornja predstavlja celo meritev, spodaj pa je izsek, ki je uporaben za določanje frekvence in pripisana frekvenca.

Kratek zaključek

Naša glavna ugotovitev je, da je frekvenca zvoka, ki nastane po izstopu izstrelka iz cevi, enaka lastni frekvenci cevi, ki se obnaša kot na obeh straneh odprta piščal. Pri napovedih hitrosti smo sicer "zgrešili" za polovico, vendar je to mogoče pojasniti z izgubami zaradi trenja in puščanja zraka. Ugotovili pa smo, da je vakuumska bazooka odličen učni pripomoček za pojasnjevanje tlakov, orodje za demonstracijo balističnih poskusov, ter celo zvočnih valovanj v cevi! Pa še dokaj natančno se da zadeti tarčo :).

Želeli bi si sicer, da bi Vernierjevi senzorji in programska oprema delovali bolje, saj smo zaeradi neposlušnosti opreme izgubili ogromno časa, ki bi ga sicer uporabili za obravnavo tisih točk, ki jih nismo podrobneje obravnavali obravnavali.