Мы предоставляем инструкции по созданию и эксплуатации сверхзвуковой пушки для пинг-понга, а также методы оптической диагностики для измерения скорости мяча и обнаружения ударных волн. Оптическая установка лезвия ножа очень чувствительна к небольшим поперечным отклонениям лазерного луча и обеспечивает средства для обнаружения ударных волн, связанных с пушкой. Для начала запитайте фотоприемники и лазерный модуль, подключив их к источнику питания с ограниченным током 15 вольт и источнику питания лазера.
Затем подключите фотоприемники к двум каналам осциллографа с помощью кабелей BNC. Для оптической диагностики поместите лазер перпендикулярно изготовленной пушке так, чтобы первый луч проходил через акриловые окна внутри трубы, а второй - сразу за выходом из пушки. Поместите черную изоленту на половину датчика фотоприемника, создав настройку обнаружения ударов лезвием ножа.
Чтобы избежать отсечения, отрегулируйте положение луча на лезвии ножа так, чтобы базовое напряжение составляло примерно 50% от максимального. Затем отрегулируйте настройки осциллографа, чтобы собрать 20 миллионов точек данных. Используйте ручку горизонтальной шкалы, чтобы установить скорость сбора данных на 500 мегагерц.
Поверните ручку спускового крючка, чтобы сработать при напряжении немного ниже установленного базового уровня, полученного от фотоприемника. Перед выстрелом из КПП наденьте средства защиты ушей и глаз. Вставьте шарик для пинг-понга в выход из пушки и слегка подуйте в конец пушки, пока он не попадет в вакуумный штуцер возле входа в трубу.
Запечатайте выходной фланец пушки и акриловый колпачок с помощью двух кусков квадратной ленты. Убедитесь, что лазерный луч центрирован на лезвии ножа, спусковой крючок правильно расположен, а контейнер для захвата надежно закреплен. Включите вакуумный насос, чтобы откачать трубу до пониженного абсолютного давления менее двух Торр.
Как только будет достигнут достаточный вакуум, используйте наконечник с широкой головкой, чтобы проколоть ленту у входа. После обжига выключите вакуумный насос и удалите остатки ленты с выходного фланца и акрилового колпачка. Для стрельбы сверхзвуковой КПК закройте клапан, соединяющий трубу драйвера с воздушным компрессором, и заполните бак воздушного компрессора.
Выдувайте мяч, как было продемонстрировано ранее. После герметизации сверхзвукового выходного фланца PPC вставьте тонкую предварительно нарезанную полиэфирную диафрагму между двумя резиновыми прокладками и поместите их между механиком-водителем и ведомой секциями пушки. Соедините две секции с помощью четырех кулачковых зажимов.
Как только давление в трубе снизится, сбросьте давление из воздушного компрессора в трубу привода, позволяя давлению увеличиваться до тех пор, пока мембрана не разорвется и сжатый воздух внутри трубы привода не заполнит вакуумированную ведомую трубу. После сверхзвуковой стрельбы КПП выключите воздушный компрессор и вакуумный насос. Снимите разорванную полиэфирную диафрагму и ленту с пушки.
Распространяющаяся ударная волна, отраженная в процессе стрельбы из пушки, представлялась изменением напряжения относительно времени. Положительный или отрицательный всплеск демонстрирует направление ударной волны в сигнале, а скорость рассчитывалась по квадратной ширине импульса, создаваемой шаром, отсекающим луч. Микропроцессор использовался для обработки сигнала от луча, проходящего через внутреннюю часть трубы, для автоматического расчета и отображения скорости шара вблизи выхода из пушки.
Следы осциллографа продемонстрировали двухканальное срабатывание сверхзвуковой КПП. Верхняя трасса представляет собой луч, проходящий через внутреннюю часть пушки, рядом с выходом. В то время как нижняя трасса соответствует лучу, проходящему траекторию шарика для пинг-понга после выхода из пушки.
Сигнал отсечки указывал на то, что мяч прошел и загораживал каждый луч. График перепада давления в зависимости от числа Маха показал, что диафрагмы толщиной 0,001 и 0,002 дюйма разрываются при достаточном перепаде давления, чтобы разогнать шарик для пинг-понга до сверхзвуковой скорости. Скорость мяча была неизменно больше, чем 1,3 Маха с диафрагмой толщиной 0,002 дюйма.
Представленная сверхзвуковая пушка для пинг-понга и оптическая диагностика повысят ценность пушки как в качестве демонстрационного устройства, так и в качестве аппарата для последующих лабораторных экспериментов.
