Fornecemos instruções para construir e operar um canhão de pingue-pongue supersônico, juntamente com técnicas de diagnóstico óptico para medir velocidades de bola e detectar ondas de choque. A configuração da ponta da faca óptica é altamente sensível a pequenas deflexões transversais de um feixe de laser e fornece um meio para detectar ondas de choque associadas ao canhão. Para começar, ligue os receptores fotográficos e o módulo laser conectando-os a uma fonte de alimentação limitada de corrente de 15 volts e a uma fonte de alimentação a laser.
Em seguida, conecte os receptores fotográficos aos dois canais do osciloscópio usando cabos BNC. Para a configuração do diagnóstico óptico, coloque o laser perpendicularmente ao canhão fabricado com o primeiro feixe atravessando as janelas de acrílico dentro do tubo e o segundo fora da saída do canhão. Coloque fita elétrica preta sobre a metade do sensor do receptor de fotos, criando uma configuração de detecção de choque na borda da faca.
Para evitar o corte, ajuste a posição do feixe na borda da faca para que a tensão basal seja de aproximadamente 50% do máximo. Em seguida, ajuste as configurações no osciloscópio para coletar 20 milhões de pontos de dados. Use o botão de escala horizontal para definir a taxa de aquisição de dados para 500 mega-hertz.
Gire o botão de gatilho para disparar a uma tensão ligeiramente abaixo da linha de base definida adquirida do receptor de fotos. Antes de disparar o PPC, use proteção auricular e ocular. Insira uma bola de pingue-pongue na saída do canhão e sopre levemente na extremidade do canhão até atingir o encaixe de vácuo perto da entrada do tubo.
Sele a flange de saída do canhão e a tampa de acrílico usando dois pedaços de fita quadrada. Verifique se o feixe de laser está centralizado na borda da faca, se o gatilho está posicionado corretamente e se o recipiente de captura está seguro. Ligue a bomba de vácuo para evacuar o tubo para uma pressão absoluta reduzida de menos de dois Torr.
Uma vez atingido um vácuo suficiente, use uma ponta de cabeça larga para perfurar a fita na entrada. Após a dispara, desligue a bomba de vácuo e remova qualquer fita restante da flange de saída e da tampa de acrílico. Para acionar o PPC supersônico, feche a válvula que conecta o tubo do driver ao compressor de ar e encha o tanque do compressor de ar.
Sopre a bola, como demonstrado anteriormente. Depois de selar o flange de saída supersônico PPC, insira um fino diafragma de poliéster pré-cortado entre duas juntas de borracha e coloque-as entre o driver do canhão e as seções acionadas. Conecte as duas seções usando quatro abraçadeiras de came.
Uma vez que a pressão é reduzida no tubo, libere a pressão do compressor de ar para o tubo do motorista, permitindo que a pressão aumente até que o diafragma se rompa e o ar comprimido dentro do tubo do motorista encha o tubo acionado evacuado. Após o disparo do PPC supersônico, desligue o compressor de ar e a bomba de vácuo. Remova o diafragma e a fita de poliéster rompidos do canhão.
A onda de choque propagante, refletida durante todo o processo de disparo dos canhões, foi representada por uma mudança na tensão em relação ao tempo. Uma ponta positiva ou negativa demonstra a direção da onda de choque no sinal, e a velocidade foi calculada através da largura de pulso quadrada, produzida pela bola cortando o feixe. Um microprocessador foi usado para processar o sinal do feixe que atravessa o interior do tubo para calcular e exibir automaticamente a velocidade da bola perto da saída do canhão.
Os traços do osciloscópio demonstraram o disparo de canal duplo do PPC supersônico. O traço superior representa a viga que atravessa o interior do canhão, perto da saída. Já o traço inferior corresponde ao feixe que atravessa o caminho da bola de pingue-pongue após sair do canhão.
Um sinal de corte indicava que a bola passava e obstruía cada trave. O gráfico do diferencial de pressão versus o número de Mach revelou que diafragmas de 0,001 e 0,002 polegadas de espessura se rompem com diferencial de pressão suficiente para acelerar a bola de pingue-pongue à velocidade supersônica. A velocidade da bola foi consistentemente maior do que Mach 1.3 com um diafragma de 0,002 polegada de espessura.
O canhão de pingue-pongue supersônico apresentado e o diagnóstico óptico aumentarão o valor do canhão, tanto como um dispositivo de demonstração quanto como um aparelho para experimentos laboratoriais subsequentes.
