Icon up Overzicht

Exaktueel Schieten op stroom

Onderwerp:

HAVO/VWO Bovenbouw, , 20 min

Een opgave van de redactie van Stichting Exaktueel. Op basis van artikelen in de media worden opgaven gemaakt die aansluiten bij het natuurkunde onderwijs in het voortgezet onderwijs.

Lees onderstaand artikel:

Zonder kruit schieten kan tegenwoordig. Een projectiel kan met behulp van een elektromagnetisch kanon met bijna 10.000 kilometer per uur gelanceerd worden.

De Amerikaanse marine heeft de eerste tests uitgevoerd met een elektromagnetisch kanon. Dit kanon vuurt een projectiel af door middel van een stroomstoot. Met de Amerikaanse proeven is meteen een record gevestigd.

Begin 2008 werd bij een eerdere proef in een fractie van een seconde ruim 10 megajoule (MJ) energie in een projectiel gestopt.

Het projectiel kreeg hiermee een snelheid van 9.000 kilometer per uur. De gedumpte energie werd hiermee driemaal zo groot met een waarde van 33 MJ. Dit projectiel had een zwaarder gewicht van tien kilo en behaalde hierdoor geen hogere snelheid. De behaalde snelheid was 9.800 kilometer per uur. De Amerikaanse strijdkrachten schatten dat ze met een dergelijk wapen een schietafstand van 150 kilometer halen.

Twee parallel lopende metalen rails vormen het kanon. Deze rails zijn de positieve en negatieve pool van een gelijkstromencircuit.

De geleidende verbinding tussen de twee polen is het projectiel. Het projectiel wordt vervolgens weggeduwd bij de stroombron als gevolg van de magnetische velden. Die velden ontstaan als de stroom loopt. Allereerst wordt een condensatorbank opgeladen, die hiermee deze stroom levert. Maar de benodigde piekstroom kan onmogelijk worden geleverd door het lichtnet.

Tijdens het afvuren vindt er geen ontploffing plaats. Het afvuren van het railkanon gaat wel gepaard met een knal. Deze knal is inmiddels hoorbaar op een video afkomstig van de onderzoeksafdeling van de Amerikaanse marine die op internet is gezet.

Het doorbreken van de geluidsbarrière veroorzaakt de knal. Hierbij ging het bij de laatste test om acht maal de snelheid van het geluid.

Het kanon zal niet spoedig werkelijk worden ingezet in de strijd. Hier zal men nog tien jaar op moeten wachten. Een bijkomend technisch probleem is het slijten van de metalen rails. Momenteel moeten deze rails al na drie schoten vervangen worden.

Naar: NRC Handelsblad, 6 januari 2011

US Navy kanon verbreekt record

Meer informatie is te vinden op de website van de Daily Mail. Het persbericht van de US Navy is hier te vinden.

Vragen en opdrachten

Eerst bekijken we de beweging van het projectiel.

a) Bereken de massa van het projectiel dat bij de proef in het jaar 2008 dankzij toevoer van 10 MJ energie een snelheid van 9.000 km/h kreeg.

b) Ga na of de bewering klopt dat het (zwaardere) projectiel bij de nieuwe proef een snelheid kreeg van 9.800 km/h.

c) Wat kan de reden zijn voor het verschil?

Klopt het dat een projectiel dat met een snelheid van 9.800 km/h wordt afgeschoten 150 km ver kan komen? Een projectiel komt het verst als het wordt afgeschoten onder een hoek van 45 graden. Dit geldt als de luchtwrijving verwaarloosbaar is. De beweging is een combinatie van een beweging in horizontale richting en een beweging in verticale richting.
Zonder wrijving is de horizontale beweging eenparig en de verticale beweging een eenparig versnelde beweging (onder invloed van de zwaartekracht).

d) Bereken de horizontale component en de verticale component van de lanceersnelheid bij lanceren onder een hoek van 45°.

Bekijk eerst de beweging in verticale richting.

e) Bereken welke afstand het projectiel in die tijd in horizontale richting heeft afgelegd.

f) Bereken na welke tijd een projectiel dat met de bij d. berekende snelheid verticaal omhoog wordt geschoten, weer terug op de grond is.

g) Komt je antwoord overeen met wat in het artikel staat? Welke verklaring heb je daarvoor?

h) Bereken met de uitkomst van e. hoe hoog boven de aarde het projectiel zou komen

Vervolgens richten we ons op de lanceermethode. Zie onderstaande figuur.

figuur 1.

i) Maak een print van figuur 1 en teken daarin:
- de richting elektrische stroom;
- de richting magnetisch veld ter plaatse van het projectiel;
- de richting van de elektromagnetische kracht die het projectiel ondervindt.

j) Waardoor komt het dat de rails zo sterk aan slijtage onderhevig zijn?

 

Meer opgaven van de redactie van Exaktueel kunt u hier vinden.