האתר מיועד לאנשי מקצוע בלבד: לבורנטיות ולבורנטים. יש להקפיד על כל כללי הזהירות הנדרשים.
פרוטוקול הכנה להדגמה וניסוי
הוראות
בטיחות:
אין הוראות בטיחות מיוחדות.
ציוד/כלים
דרושים:
כדורי מתכת זהים בנפח ובמסה.
מסילה או תעלה לא מגנטית, שלאורכה מקובעים מגנטים (ראו תרשים).
חומרים
דרושים:
אמצעי המחשה
מהלך ההכנה
1. הניחו את מסילת התותח על גבי שולחן.
2. הניחו על המסילה את כדור מספר 1, המשמש לתחילת הניסוי.
3. הניחו את שאר הכדורים כפי שמופיע באמצעי ההמחשה בשלב ההתחלה.
מהלך הדגמה/ניסוי
1. דחפו את כדור מס' 1 לכיוון המגנט הראשון. כך מתחילה פעולת ה"התנעה" של הכדורים כפי שרואים באיור השני.
2. כדור מס' 1 יפגע במגנט, כדור מס' 2 יישאר במקום וכדור מס' 3 ישתחרר וינוע קדימה.
3. כדור מס' 3 יפגע במגנט הבא; כדור מס' 4 יישאר במקום וכדור מס' 5 ישתחרר וינוע קדימה.
4. כדור מס' 5 יפגע במגנט הבא; כדור מס' 6 יישאר במקום וכדור מס' 7 ישתחרר וייפול לצלחת בקצה המסילה.
5. כדי לחדש את מערך הכדורים, החזירו את הכדורים למקומם לפי איור "המערכת בתחילת הניסוי".
תוצאות צפויות
בעקבות הפגיעה הראשונה של כדור מס' 1 תתחיל תנועה של הכדורים במסלול עד לנפילתו של הכדור האחרון לצלחת בקצה המסילה.
הסבר מדעי
תותח גאוס (על שם המתמטיקאי הגרמני קרל גאוס, 1777–1855) הוא מכשיר שמדגים עקרונות פיזיקליים של תנועה מואצת, העברות אנרגיה והמרות של אנרגיה מתצורה לתצורה. התותח מבוסס על העברת אנרגיה קינטית מכדור מתכת אחד למשנהו.
בפגיעת כדור מספר 1 במגנט מומרת אנרגיה פוטנציאלית מגנטית לאנרגיה קינטית. באופן דומה, ברצף הפגיעות של הכדורים במגנטים לאורך המסלול, האנרגיה הפוטנציאלית המגנטית מומרת לאנרגיה קינטית של כדור, והכדור נזרק קדימה. בסוף התהליך משתחרר הכדור האחרון במסילה.
משיכה והאצה :כאשר כדור מס' 1 משוחרר ומתגלגל לעבר המגנט הראשון, הכוח המגנטי מושך אותו בעוצמה: ככל שהכדור מתקרב למגנט, כך הכוח המגנטי והתאוצה שלו גדלים במידה ניכרת.
פגיעה והעברת תנע: כדור מס' 1 פוגע במגנט במהירות גבוהה בהרבה ממהירות הגלגול ההתחלתית שלו. בעת הפגיעה, האנרגיה הקינטית והתנע של כדור מס' 1 מועברים דרך המגנט לכדור מס' 2 בצד השני. תהליך זה דומה לאופן שבו עריסת ניוטון פועלת.
פליטה: כדור מס' 3 משתחרר ונע במהירות גבוהה בהרבה מהמהירות ההתחלתית של כדור מס' 1.
האצה רב־שלבית: בתותח הגאוס יש מספר מגנטיים המסודרים ברצף. כל כדור עובר האצה בעקבות המרה של אנרגיה מגנטית פוטנציאלית לאנרגיה קינטית, כך שמהירותו הסופית של כל כדור בתהליך – להוציא הכדור האחרון – גבוהה ממהירותו ההתחלתית. הכדור האחרון ישתחרר במהירות הגבוהה ביותר במערכת.
טיפים
אפשר להוסיף פעמון בקצה המסילה להדגמת המרת אנרגיה קינטית לאנרגיית קול: כך שבזמן פגיעת הכדור בפעמון, הוא יצלצל.
ניתן לרכוש תותח גאוס מוכן אצל ספקים שונים.
סרטון המדגים את הניסוי: תותח גאוס