Vacuum-gun-bazooka, natuurkunde profielwerkstuk

De vacuümgun is een geliefd natuurkunde onderwerp voor profielwerkstukken. Het knalt, en je hebt er slechts simpele materialen voor nodig die op school meestal wel aanwezig zijn. Maar hoe maak je een optimale vacuümgun?

Hoe werkt een vacuümgun?

Een pijp met een bal er in is aan weerszijden afgesloten met een folie. De pijp is vacuüm gezogen en de bal bevindt zich bij de folie aan de linkerzijde.

Op het moment dat je deze folie door prikt, klapt de folie open en stroomt lucht de pijp binnen. Lucht en bal verplaatsen zich met veel snelheid naar rechts, schieten daar door de rechtse folie heen en komen met een flinke klap naar buiten. Vergis je niet, de pingpongbal is heel licht. Maar een licht object met een enorme snelheid kan veel schade veroorzaken!!!

Bekijk eerst deze filmpjes!

Be carefull!!!

Het projectiel: pingpongbal of golfbal.

De pingpongbal heel een heel laag gewicht en kan een heel grote snelheid bereiken. Pingpongbal en golfbal passen prima in een pvc-pijp. 

De folie: gemetalliseerde BoPET, oftewel de glimmende reddingsdeken. Waarschijnlijk verkrijgbaar via outdoor-winkels.

Doelstelling:

De vacuümgun is bepaald niet nieuw meer. Dus om tot een goed profielwerkstuk te komen, zul je je eigen doel moeten definiëren. Bijvoorbeeld:

Hoofdvraag: “Hoe kunnen we een projectiel het verst laten landen op een vlak veld met behulp van een vacuümkanon?”.

Om deze vraag goed te kunnen beantwoorden is het belangrijk dat we zo veel mogelijk aspecten van het vacuümkanon variëren en steeds de meest veelbelovende kiezen. Hierom hebben we gekozen voor de volgende deelvragen:
 Welk materiaal is het meest geschikt ter afsluiting van de uiteinden van de loop?
 Wat is de optimale onderdruk in de buis?
 Welk projectiel is het meest geschikt om een grote afstand te behalen?
 Wat is de optimale lengte van de loop?
 Onder welke hoek moet

Voor een ProfielWerkStuk PWS heb je variabelen nodig. Denk daarbij aan:

• luchtdruk (vacuüm... nee, je neemt altijd het maximum haalbare vacuüm)
• massa van het projectiel (bijvoorbeeld pingpongbal versus golfbal)
• vorm van het projectiel (vervang pingpongbal door een cilindervorm)
• lengte van de pijp
• diameter van de pijp
• speling in de pijp (het verschil in diameter tussen pijp en bal)
• positie van projectiel in de pijp (helemaal links of misschien beter halverwege?)
• materiaal/folie waarmee je de pijp afsluit... aluminiumfolie of cellofaanfolie of ???

Vraag jezelf eens af:

• Wat bereikt eerst de rechtse folie? Pingpongbal of lucht???
• Blijft de pingpongbal rond terwijl hij wordt afgeschoten?
• Komt de pingpongbal wel heel uit de buis?

Hoe meet je de uitgaande snelheid?

• kijken hoe ver of hoog het projectiel komt
• filmen en dan filmpje analyseren
• met behulp van lichtpoorten (met of zonder coach)

Verrijkingsstof

• Hoe groot is de versnelling maximaal?
• Hoeveel kracht moet op het object zijn uitgevoerd?
• Welke natuurkundige begrippen komen om de hoek kijken? (Met welke berekeningen kun je je verslag verrijken?):
  
  • snelheid + versnelling
  • kracht
  • massa
  • impuls
  • druk
  • rendement

Vacuümgun-varianten

Hoe maak je een vacuümgun waarop je je eigen stempel kunt drukken? De vacuümgun is bepaald niet meer iets nieuws. Elk jaar zijn er op onze school leerlingen die vacuümguns maken voor hun PWS. Wereldwijd worden er dus jaarlijks duizenden vacuümguns door leerlingen gebouwd. Dus hoe maak jij iets bijzonders? Even een brainstorm om in kaart te brengen hoe je jouw vacuümgun bijzonder zou kunnen maken... Let wel: de vacuümgun is nu al gevaarlijk, dus alles wat je doet om hem nog verder op te voeren leidt tot risicovolle situaties! Maak een veiligheidsplan!

• bijzondere manier van snelheidsmeting
• bijzonder projectiel
• vergelijk verschillende projectielen met elkaar
• schiet omhoog en bedenk hoe je de hoogte kunt meten (het is best lastig om een object dat met enorme snelheid omhoog vliegt momentane snelheden vast te leggen)
• gebruik een ander gas (lucht is zooo gewoon!)
• compressiekamer (instromende lucht is nu maximaal gelijk aan atmosferische druk, maar dat kan ook anders!!!)
• explosiekamer (instromende lucht is nu maximaal gelijk aan atmosferische druk, maar dat kan ook anders... laat maar een gas naar binnen knallen!!!)
• bedenk een practische toepassing voor de vacuümgun
• bijzondere berekeningen: bereken de druk in pijp net voor de pingpongbal de pijp uit knalt
• bijzondere opnames (slow motion)
• bereken of het mogelijk is om een kleine raket of sateliet van 10 kg in een baan om de aarde te brengen d.m.v. een vacuümgun
• brainstorm zelf over wat je anders kunt doen: ga stap voor stap in gedachten door het experiment en bedenk hoe je het anders kunt doen.
• Twee-traps Vacuum-gun-bazooka!!! 
  Twee vaccuümpijpen, met elkaar verbonden, maar met een extra vlies in het midden. De pingpongbal breekt door het middelste vlies en komt dan in een tweede kamer terecht. Wat gebeurt er daarna? Versnelt de pingpongbal nog een keer? Klapt de pingpongbal uit elkaar? Klapt de pijp uit elkaar? Ik weet het niet, want ik verzin dit nu maar heb dit nog nooit gedaan. Laat me even weten hoe dit uitpakt!!!