Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

सुपरसोनिक पिंग-पोंग तोप के उच्च गति ऑप्टिकल निदान

Published: March 24, 2023 doi: 10.3791/64996
Automatic Translation
*1, *1
1Department of Physics and Engineering, Bethel University
* These authors contributed equally

Summary

हम गेंद के वेगों के मापन के लिए ऑप्टिकल नैदानिक तकनीकों और तोप की फायरिंग के दौरान शॉक तरंगों के प्रचार के लक्षण वर्णन के साथ-साथ सुपरसोनिक पिंग-पोंग तोप (एसएसपीपीसी) के निर्माण के लिए एक विधि का वर्णन करते हैं।

Abstract

पारंपरिक पिंग-पोंग तोप (पीपीसी) एक शैक्षिक उपकरण है जो अकेले वायुमंडलीय दबाव का उपयोग करके लगभग सोनिक गति तक एक खाली पाइप के नीचे एक पिंग-पोंग बॉल लॉन्च करता है। एसपीपीसी, पीपीसी का एक संवर्धित संस्करण, वायुमंडलीय दबाव से अधिक के साथ गेंद को तेज करके सुपरसोनिक गति प्राप्त करता है। हम एक अनुकूलित पीपीसी और एसएसपीपीसी के निर्माण और उपयोग के लिए निर्देश प्रदान करते हैं।

ऑप्टिकल डायग्नोस्टिक्स तोप गतिशीलता की जांच के उद्देश्य से लागू किए जाते हैं। पाइप के निकास के पास दो ऐक्रेलिक खिड़कियों के माध्यम से भेजे जाने वाले एक हेन लेजर को एक फोटोरिसीवर सेंसर पर समाप्त कर दिया जाता है। एक माइक्रोप्रोसेसर उस समय को मापता है जब बीम पिंग-पोंग बॉल द्वारा स्वचालित रूप से गेंद के वेग की गणना करने के लिए बाधित होता है। परिणाम तुरंत एक एलसीडी डिस्प्ले पर प्रस्तुत किए जाते हैं।

एक ऑप्टिकल नाइफ-एज सेटअप सेंसर पर हेन बीम के एक अंश को काटकर शॉक तरंगों का पता लगाने का एक अत्यधिक संवेदनशील साधन प्रदान करता है। शॉक तरंगें बीम के अपवर्तन-प्रेरित विक्षेपण का कारण बनती हैं, जिन्हें फोटोरिसीवर से विद्युत संकेत में छोटे वोल्टेज स्पाइक्स के रूप में देखा जाता है।

प्रस्तुत विधियां अत्यधिक प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य हैं और प्रयोगशाला सेटिंग में आगे की जांच के लिए अवसर प्रदान करती हैं।

Introduction

पीपीसी एक लोकप्रिय भौतिकी प्रदर्शन है जिसका उपयोग अत्यधिक हवा के दबाव को दिखाने के लिए किया जाता है जिसके लिए लोग लगातार 1,2,3,4,5 उजागर होते हैं। प्रदर्शन में पाइप के एक खंड में एक पिंग-पोंग बॉल का प्लेसमेंट शामिल है जिसमें एक आंतरिक व्यास होता है जो गेंद के व्यास के लगभग बराबर होता है। पाइप को टेप के साथ प्रत्येक छोर पर सील कर दिया जाता है और 2 टॉर से कम के आंतरिक दबाव में खाली कर दिया जाता है। पाइप के एक छोर पर टेप पंचर हो जाता है, जो हवा को तोप में प्रवेश करने की अनुमति देता है और गेंद को लगभग 5,000 ग्राम के शिखर त्वरण का अनुभव करने का कारण बनता है। गेंद, जो अकेले वायुमंडलीय दबाव से तेज होती है, 2 मीटर की यात्रा के बाद लगभग 300 मीटर / सेकंड की गति से तोप से बाहर निकलती है।

यद्यपि पीपीसी को आमतौर पर वायुमंडलीय दबाव के एक सरल प्रदर्शन के रूप में संचालित किया जाता है, यह एक उपकरण भी है जो जटिल संपीड़ित प्रवाह भौतिकी प्रदर्शित करता है, जिसके परिणामस्वरूप कई ओपन-एंडेड छात्र परियोजनाएं हुई हैं। गेंद की गतिशीलता द्वितीयक कारकों से प्रभावित होती है जैसे कि दीवार घर्षण, गेंद के चारों ओर हवा का रिसाव, और तेज गेंद द्वारा शॉक तरंगों का गठन। गेंद का पर्याप्त त्वरण एक बड़े आयाम संपीड़न तरंग का परिचय देता है जो गेंद के सामने ट्यूब के नीचे यात्रा करता है। ये संपीड़न स्थानीय ध्वनि की गति से तेजी से यात्रा करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप संपीड़न तरंग का झुकाव होता है और अंततः शॉक वेव 6 का गठनहोता है। पिछले काम ने गेंद के बीच शॉक वेव के प्रतिबिंब और ट्यूब के टेप किए गए निकास के कारण ट्यूब के निकास पर दबाव के तेजी से निर्माण और गेंद2 के बाहर निकलने से पहले टेप की परिणामस्वरूप टुकड़ी का अध्ययन किया है। सिंगल-मिरर स्क्लिरेन इमेजिंग तकनीक का उपयोग करके हाई-स्पीड वीडियो ने पीपीसी 7,8 (वीडियो 1) के निकास पर रिफ्लेक्टिंग शॉक तरंगों और टेप के अंतिम अलगाव के लिए टेप की प्रतिक्रिया का खुलासा किया है। इस प्रकार, पीपीसी हवा के दबाव के एक सरल प्रदर्शन के रूप में कार्य करता है जो सभी उम्र के दर्शकों को आकर्षित करता है और जटिल द्रव भौतिकी का प्रदर्शन करने वाले उपकरण के रूप में, जिसे प्रयोगशाला सेटिंग में बहुत विस्तार से अध्ययन किया जा सकता है।

मानक पीपीसी के साथ, पिंग-पोंग बॉल की गति ध्वनि की गति से सीमित होती है। पीपीसी का यह मूल संस्करण इस पेपर के दायरे में कवर किया गया है, साथ ही गेंद को सुपरसोनिक गति तक बढ़ाने के लिए उपयोग की जाने वाली एक संशोधित तोप के साथ। फ्रेंच एट अल द्वारा पिछले काम में, सुपरसोनिक पिंग-पोंग बॉल गति को एक अभिसरण-विचलन नोजल 9,10,11 के माध्यम से दबाव-संचालित प्रवाह का उपयोग करके प्राप्त किया गया है। यहां प्रस्तुत एसएसपीपीसी अकेले वायुमंडलीय दबाव द्वारा प्रदान की गई तुलना में पिंग-पोंग बॉल पर एक बड़ा दबाव अंतर प्रदान करने के लिए एक दबाव (ड्राइवर) पाइप का उपयोग करता है। एक पतली पॉलिएस्टर डायाफ्राम का उपयोग ड्राइवर पाइप को बॉल युक्त खाली (संचालित) पाइप से अलग करने के लिए किया जाता है। यह डायाफ्राम पर्याप्त गेज दबाव (आमतौर पर 5-70 पीएसआई, डायाफ्राम मोटाई के आधार पर) के तहत टूट जाता है, इस प्रकार पिंग-पोंग बॉल को मैक 1.4 तक गति देता है। सुपरसोनिक पिंग-पोंग बॉल एक स्थायी शॉक वेव पैदा करती है, जैसा कि हाई-स्पीड शैडोग्राफ इमेजिंग तकनीक 7,12 (वीडियो 2) का उपयोग करके देखा जा सकता है।

तोप के प्रदर्शन पर ऑप्टिकल नैदानिक अध्ययन करने के लिए एक कम शक्ति (वर्ग द्वितीय) हेने लेजर का उपयोग किया जाता है। हेन लेजर बीम को दो रास्तों में विभाजित किया गया है, जिसमें एक पथ तोप के निकास के पास ऐक्रेलिक खिड़कियों के एक सेट से गुजरता है और दूसरा पथ तोप के निकास के ठीक पीछे से गुजरता है। प्रत्येक पथ एक फोटोरिसीवर पर समाप्त होता है, और सिग्नल एक दोहरे चैनल ऑसिलोस्कोप पर प्रदर्शित होता है। तोप की फायरिंग के दौरान दर्ज किए गए ऑसिलोस्कोप ट्रेस से त्वरित पिंग-पोंग बॉल की गति और संपीड़ित प्रवाह और शॉक तरंगों दोनों के बारे में जानकारी मिलती है जो तोप से गेंद के बाहर निकलने से पहले होती हैं। प्रत्येक बीम स्थान पर 40 मिमी व्यास पिंग-पोंग बॉल की गति सीधे उस समय से संबंधित होती है जब गेंद बीम को अवरुद्ध करती है। एक संवेदनशील "चाकू-एज" शॉक डिटेक्शन सेटअप डिटेक्टर के आधे हिस्से को काले विद्युत टेप के टुकड़े के साथ कवर करके और बीम2 के केंद्र में टेप के किनारे को रखकर प्राप्त किया जाता है। इस सेटअप के साथ, अपवर्तन ग्रेडिएंट के संपीड़ित प्रवाह-प्रेरित सूचकांक द्वारा निर्मित हे-ने लेजर बीम के मामूली विक्षेपण, ऑसिलोस्कोप ट्रेस पर वोल्टेज स्पाइक्स के रूप में स्पष्ट रूप से दिखाई देते हैं। तोप के बाहर निकलने की ओर यात्रा करने वाली शॉक तरंगें और परावर्तित शॉक तरंगें बीम को विपरीत दिशाओं में विक्षेपित करती हैं और इसलिए, सकारात्मक या नकारात्मक वोल्टेज स्पाइक द्वारा पहचानी जाती हैं।

यहां, हम एक अनुकूलित पीपीसी और एसएसपीपीसी के निर्माण और उपयोग के साथ-साथ ऑप्टिकल नैदानिक तकनीकों (चित्रा 1, चित्रा 2 और चित्रा 3) के लिए निर्देश प्रदान करते हैं। ऑप्टिकल नैदानिक तकनीकों और मापों को अध्ययन 1,2 के पिछले वर्षों के माध्यम से विकसित किया गया है।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. पिंग-पोंग तोप (पीपीसी) का निर्माण और असेंबली

  1. चित्रा 1 के अनुसार पीपीसी के सभी घटकों को इकट्ठा करें।
  2. तोप के अंदरूनी हिस्से में ऑप्टिकल जांच की अनुमति देने के लिए तोप के किनारों में दो उच्च-स्पष्टता ऐक्रेलिक खिड़कियां डालें।
    1. तोप के निकास के पास पीवीसी के विपरीत किनारों के माध्यम से छेद में दो 1/2 ड्रिल करें।
    2. लेजर उत्कीर्णक का उपयोग करके मोटी ऐक्रेलिक खिड़कियों में दो 1/8 तैयार करें। तीन पूरक एसवीजी फ़ाइलों को डाउनलोड करें।
      नोट: "JoVE_AcrylicWindows_Step1_Engrave.svg" लेबल वाली तीन फाइलें हैं
      (अनुपूरक फाइल 1), "JoVE_AcrylicWindows_Step2_Engrave.svg"
      (अनुपूरक फाइल 2), और "JoVE_AcrylicWindows_Step3_Cut.svg"
      (अनुपूरक फाइल 3)। इन तीन फ़ाइलों का उपयोग शीर्षक (उत्कीर्ण / कट) में वर्णित प्रक्रिया का उपयोग करके प्रदान किए गए क्रम में किया जाना चाहिए। ऐक्रेलिक के लिए निर्माता की अनुशंसित सेटिंग्स के अनुसार लेजर गति और पावर सेटिंग्स सेट की जानी चाहिए। प्रत्येक उत्कीर्णन चरण को सामग्री की मोटाई का लगभग 1/3 हटा देना चाहिए।
    3. ऐक्रेलिक के किनारे पर सिलिकॉन सीलेंट जोड़ें, सावधान रहें कि खिड़की पर कोई न हो। फिर, छेद में खिड़कियां रखें, यह सुनिश्चित करते हुए कि वे एक दूसरे के लंबवत हैं। प्रक्रिया के इस हिस्से के बाद सिलिकॉन को ठीक करने के लिए पर्याप्त समय छोड़ दें।
      नोट: यदि लेजर कटर उपलब्ध नहीं है, तो छेद में 1/2 को सील करने और पाइप के इंटीरियर में खिड़की के रूप में कार्य करने के लिए पाइप की परिधि के चारों ओर स्पष्ट टेप का एक टुकड़ा लपेटा जा सकता है। संचालित पाइप की लंबाई के साथ पिंग-पोंग बॉल के वेग और त्वरण को मापने के लिए तोप में अतिरिक्त खिड़कियां डालकर आगे का प्रयोग किया जा सकता है।
  3. बेल्ट सैंडर का उपयोग करके, तोप के बाहर निकलने पर फ्लैंज के चेहरे को रेत दें। बारीक-ग्रिट सैंडपेपर के साथ सैंडिंग समाप्त करें ताकि टेप फ्लैंज का अच्छी तरह से पालन कर सके।
  4. लेजर कटर का उपयोग करके, "JoVE_AcrylicCap_Cut.svg" (पूरक फ़ाइल 4) के बाद एक ऐक्रेलिक कैप काटें। ऐक्रेलिक कैप से एक पूर्ण चेहरे वाले रबर गैसकेट संलग्न करें। ऐक्रेलिक कैप पीपीसी को फायर करते समय उपयोग की जाने वाली दबाव सील का एक घटक है।
  5. फायरिंग के लिए तोप को मजबूती से सुरक्षित करें, और कंटेनर की पिछली दीवार के साथ प्रभाव को कम करने के लिए पर्याप्त पैडिंग के साथ पिंग-पोंग बॉल को सुरक्षित रूप से पकड़ने के लिए एक मजबूत कंटेनर रखें।
    नोट: पिंग-पोंग तोप को सुरक्षित करने और गेंद को सुरक्षित रूप से पकड़ने के लिए कई समाधान हैं। प्रस्तुत प्रयोग के लिए, क्षैतिज अभिविन्यास के साथ तोप को मजबूती से सुरक्षित करने के लिए एक कस्टम क्लैंपिंग सिस्टम बनाया गया था। इन क्लैंप का निर्माण "JoVE_CannonMountTemplate.png" (पूरक फ़ाइल 5) के बाद किया जा सकता है।
    1. लकड़ी के तख्तों में x 6 में 2 को काटने के लिए टेम्पलेट के रूप में पूरक फ़ाइल 5 का उपयोग करें। तोप को सुरक्षित करने के लिए क्लैंपिंग सिस्टम के ऊपरी और निचले हिस्सों को ड्रॉ लैच और टिका के साथ कनेक्ट करें।
    2. फायरिंग प्रक्रिया के दौरान तोप के फिसलने को रोकने के लिए रबर गैसकेट सामग्री के साथ क्लैंप के अंदरूनी हिस्से को लाइन करें। क्लैंपिंग सिस्टम के जुड़े ऊपरी और निचले हिस्सों को चार कोने कोष्ठक का उपयोग करके आधार से संलग्न करें।
    3. चार सी-क्लैंप का उपयोग करके पूर्ण क्लैंपिंग सिस्टम को टेबलटॉप पर माउंट करें। प्लाईवुड कंटेनर में x 24 में x 13 का निर्माण करें, और पिंग-पोंग बॉल को पकड़ने के लिए प्लाईवुड शीट में चार 1 के साथ इसे वापस करें। बॉल रिबाउंड को रोकने के लिए कंटेनर में एक कुशनिंग सामग्री रखें। इस कंटेनर को सी-क्लैंप के साथ टेबलटॉप पर माउंट करें।

2. सुपरसोनिक पिंग-पोंग तोप (एसएसपीपीसी) का निर्माण और असेंबली

  1. चित्र 2 के बाद ड्राइवर पाइप के सभी घटकों को इकट्ठा करें।
    नोट: पीपीसी और एसएसपीपीसी के बीच प्राथमिक अंतर यह है कि एसएसपीपीसी को अनुसूची 80 पीवीसी पाइप के ड्राइविंग, दबाव वाले खंड के साथ बढ़ाया जाता है जो पीपीसी के प्रवेश द्वार से जुड़ा होता है। इसलिए, यदि पीपीसी का निर्माण पहले ही किया जा चुका है, तो एसएसपीपीसी के निर्माण के लिए जो कुछ भी इकट्ठा किया जाना बाकी है, वह ड्राइवर पाइप सेक्शन है।
  2. फायरिंग के लिए तोप को मजबूती से सुरक्षित करें और एक मजबूत कंटेनर रखें जो कंटेनर की पिछली दीवार पर प्रभाव को कम करने के लिए पर्याप्त पैडिंग के साथ पिंग-पोंग बॉल को सुरक्षित रूप से पकड़ सकता है।
    नोट: चरण 1.5 में वर्णित माउंटिंग और कैचिंग सिस्टम वही सिस्टम हैं जो एसएसपीपीसी को सुरक्षित करने के लिए उपयोग किए जाते हैं।

3. ऑप्टिकल निदान

  1. चित्रा 3 के अनुसार, ऑप्टिकल ब्रेडबोर्ड पर घटकों को माउंट करके लेजर, बीम स्प्लिटर, दर्पण और फोटोरिसीवर्स सेट करें। लेजर को तोप के लंबवत रूप से उन्मुख करें, जिसमें पहली बीम ऐक्रेलिक खिड़कियों के माध्यम से पाइप के इंटीरियर को पार करती है और दूसरी तोप निकास के ठीक बाहर से गुजरती है।
  2. फोटोरिसीवर्स और लेजर मॉड्यूल को 15 वी वर्तमान सीमित बिजली आपूर्ति और लेजर बिजली की आपूर्ति से जोड़कर पावर दें। बीएनसी केबलों का उपयोग करके फोटोरिसिवर्स को ऑसिलोस्कोप के दो चैनलों से कनेक्ट करें।
  3. फोटोरिसीवर सेंसर के आधे हिस्से पर काले विद्युत टेप रखें। टेप एक संवेदनशील शॉक डिटेक्शन सेटअप बनाने के लिए "चाकू किनारे" के रूप में कार्य करता है।
    नोट: चाकू के किनारे पर बीम को केंद्रित करने के लिए एक अभिसरण लेंस का उपयोग करके चाकू-किनारे का पता लगाने की संवेदनशीलता को और बढ़ाया जा सकता है। बीम द्वारा फोटोरिसीवर तक की दूरी को बढ़ाकर संवेदनशीलता को भी बढ़ाया जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप बीम का अधिक अपवर्तक विस्थापन होता है।
  4. ऑसिलोस्कोप पर ट्रिगर स्तर सेट करने से पहले, क्लिपिंग से बचने के लिए विशेष ध्यान दें, जो चाकू-एज सेटअप की संवेदनशीलता के परिणामस्वरूप हो सकता है। क्लिपिंग से बचने के लिए, चाकू के किनारे पर बीम की स्थिति को समायोजित करें ताकि बेसलाइन वोल्टेज अधिकतम वोल्टेज का लगभग 50% हो। अधिकतम वोल्टेज वोल्टेज है जब पूर्ण बीम अबाधित डिटेक्टर पर होता है।
    1. 20 मिलियन डेटा पॉइंट एकत्र करने के लिए ऑसिलोस्कोप पर सेटिंग्स समायोजित करें। क्षैतिज स्केल नॉब को समायोजित करके डेटा अधिग्रहण दर को 500 मेगाहर्ट्ज पर सेट करें। ट्रिगर नॉब को फोटोरिसीवर से प्राप्त बेसलाइन वोल्टेज से थोड़ा नीचे वोल्टेज पर ट्रिप करने के लिए चालू करें।
      नोट: पिंग-पोंग बॉल का वेग फोटोरिसीवर मॉड्यूल का उपयोग करके सरल गणित के माध्यम से पाया जा सकता है। वेग पिंग-पोंग गेंद का व्यास है जिसे उस समय से विभाजित किया जाता है जब बीम गेंद द्वारा बाधित होता है। तोप के अंत में गेंद के वेग को स्वचालित रूप से मापने के लिए आंतरिक फोटोरिसीवर मॉड्यूल से प्राप्त सिग्नल को संसाधित करने के लिए एक माइक्रोप्रोसेसर का उपयोग किया जाता है।

4. स्वचालित वेग माप

  1. स्वचालित वेग माप के लिए एक माइक्रोप्रोसेसर का उपयोग करने के लिए, फोटोरिसीवर मॉड्यूल से सिग्नल को 0-5 वी पल्स में परिवर्तित करें, जैसा कि चित्रा 5 में दिखाया गया है, एक तुलनित्र का उपयोग करके जो बेसलाइन वोल्टेज के लगभग 10% पर ट्रिगर होता है। परिवर्तित सिग्नल को माइक्रोप्रोसेसर के पोर्ट 7 से कनेक्ट करें।
  2. डाउनलोड करें "JoVE_AutomaticVelocityDisplay.ino" (पूरक फ़ाइल 6), और इसे माइक्रोप्रोसेसर पर अपलोड करें।
  3. RA8875 डिस्प्ले और ड्राइवर बोर्ड को माइक्रोप्रोसेसर पर निर्दिष्ट पोर्ट से कनेक्ट करें।

5. पिंग-पोंग तोप की स्थापना और फायरिंग

  1. तोप चलाने से पहले कान और आंखों की सुरक्षा रखें।
  2. तोप के निकास में एक पिंग-पोंग बॉल डालें। तोप के अंत में हल्के से उड़ाएं जब तक कि गेंद पाइप के प्रवेश द्वार के पास वैक्यूम फिटिंग से न टकरा जाए।
  3. तोप के बाहर निकलने वाले छोर पर फ्लैंज पर टेप के वर्ग में 3 इंच x 3 और ऐक्रेलिक टोपी पर एक दूसरा वर्ग सुरक्षित करें। टेप को सील करें ताकि यह फ्लैंज और कैप की सतह का पालन करे।
    नोट: यदि कोई झुर्रियां या बड़े बुलबुले हैं, तो टेप को छोड़ने की आवश्यकता है। यदि टेप सतह का पर्याप्त रूप से पालन नहीं करता है, तो वैक्यूम खो सकता है, और तोप समय से पहले आग लगा सकती है। यदि किसी भी बिंदु पर वैक्यूम खो जाता है, तो सिस्टम को संतुलन में लाने के लिए वैक्यूम पंप से जुड़े सुई वाल्व को खोला जा सकता है।
  4. सुनिश्चित करें कि लेजर बीम चाकू के किनारे पर केंद्रित है, ट्रिगर ठीक से सेट है, और पकड़ने वाला कंटेनर सुरक्षित है।
  5. पाइप को खाली करने के लिए वैक्यूम पंप को 2 टॉर से कम के कम पूर्ण दबाव में चालू करें। एक बार पर्याप्त वैक्यूम तक पहुंच जाने के बाद, प्रवेश द्वार पर टेप को एक तेज वस्तु जैसे ब्रॉडहेड या रेजर टिप के साथ पंचर करें।
  6. फायरिंग के बाद, वैक्यूम पंप बंद कर दें। टेप को निकास फ्लैंग और ऐक्रेलिक कैप से हटा दें।

6. सुपरसोनिक पिंग-पोंग तोप की स्थापना और फायरिंग

  1. सुरक्षा के लिए, फायरिंग प्रक्रिया के दौरान सुनवाई और आंखों की सुरक्षा पहनें।
  2. पॉलिएस्टर फिल्म में 0.0005 इंच, 0.001 इंच और 0.002 की कट शीट जो फ्लैंज के आयामों से मेल खाती हैं। इन चादरों को हाथ से या अधिमानतः लेजर कटर का उपयोग करके काटा जा सकता है। पूरक फ़ाइल "JoVE_MylarDiaphram_Cut.svg" (पूरक फ़ाइल 7) का उपयोग एक रूपरेखा के रूप में करें।
    नोट: इस प्रयोग के उद्देश्य के लिए, तोप को पॉलिएस्टर फिल्म में 0.0005 इंच, 0.001 इंच और 0.002 की एकल शीट के साथ फायर किया गया था, और परिणाम चित्रा 7 में दर्ज किए गए हैं। पॉलिएस्टर फिल्म को लेजर-कट करने के लिए एक टेम्पलेट एक एसवीजी फ़ाइल (पूरक फ़ाइल 7) के रूप में पाया जा सकता है।
  3. सुनिश्चित करें कि एयर कंप्रेसर से ड्राइवर पाइप तक वाल्व बंद है। जब तोप फायर करने के लिए तैयार हो तो ड्राइवर पाइप को तेजी से भरने की अनुमति देने के लिए एयर कंप्रेसर को प्रीफिल करें।
  4. तोप के निकास में एक पिंग-पोंग बॉल डालें। तोप के अंत में हल्के से उड़ाएं जब तक कि गेंद को संचालित पाइप के प्रवेश द्वार के पास वैक्यूम फिटिंग द्वारा रोक नहीं दिया जाता है।
  5. तोप के बाहर निकलने वाले छोर पर टेप के वर्ग में 3 इंच x 3 सुरक्षित करें। टेप को इस तरह सील करें कि यह फ्लैंज की सतह का पालन करता है।
    नोट: यदि कोई झुर्रियां या बड़े बुलबुले हैं, तो टेप को छोड़ने की आवश्यकता है। यदि टेप सतह का पर्याप्त रूप से पालन नहीं करता है, तो वैक्यूम खो सकता है, और तोप समय से पहले आग लगा सकती है। यदि वैक्यूम लीक या अन्य जटिलताएं उत्पन्न होती हैं, तो सिस्टम को संतुलन में लाने के लिए ड्राइवर पाइप पर दबाव रिलीज वाल्व और वैक्यूम पंप पर सुई वाल्व का उपयोग करें।
  6. दो रबर गैसकेट के बीच एक प्रीकट पतला पॉलिएस्टर डायाफ्राम डालें। तोप के चालक और संचालित वर्गों के बीच डायाफ्राम और रबर गैसकेट रखें। 4 कैम क्लैंप का उपयोग करके दो वर्गों को कसकर कनेक्ट करें।
  7. सुनिश्चित करें कि लेजर बीम चाकू के किनारे पर केंद्रित है, ट्रिगर ठीक से सेट है, और पकड़ने वाला कंटेनर सुरक्षित है।
  8. पाइप को खाली करने के लिए वैक्यूम पंप को 2 टॉर से कम के कम पूर्ण दबाव में चालू करें। एयर कंप्रेसर से ड्राइवर पाइप में दबाव छोड़ें। दबाव को तब तक बढ़ने दें जब तक कि डायाफ्राम फट न जाए और ड्राइवर पाइप के भीतर संपीड़ित हवा तेजी से खाली किए गए पाइप को भर न दे।
  9. तोप में आग लगने के बाद, एयर कंप्रेसर और वैक्यूम पंप को बंद कर दें। तोप से फट पॉलिएस्टर डायाफ्राम और टेप को हटा दें।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

यहां, हम सदमे लक्षण वर्णन और वेग माप के लिए ऑप्टिकल डायग्नोस्टिक्स के कार्यान्वयन के साथ-साथ पीपीसी और एसएसपीपीसी के निर्माण और उपयोग के लिए निर्देश प्रदान करते हैं। प्रतिनिधि प्रयोगात्मक परिणाम भी प्रदान किए जाते हैं। आवश्यक सामान के साथ पीपीसी और एसएसपीपीसी की पूर्ण प्रणालियों को चित्र 1 और चित्रा 2 में दिखाया गया है। एसएसपीपीसी पीपीसी का एक संवर्धित संस्करण है, जहां पाइप का एक ड्राइविंग, दबाव वाला खंड पीपीसी के संचालित पाइप से जुड़ा होता है। शॉक तरंगों और पिंग-पोंग बॉल वेग माप के चाकू-किनारे का पता लगाने के लिए ऑप्टिकल डायग्नोस्टिक्स सेटअप चित्रा 3 में दिखाया गया है। शॉक लक्षण वर्णन और वेग माप के लिए ऑप्टिकल डायग्नोस्टिक्स की प्रभावशीलता का प्रदर्शन करने वाला एक नमूना ऑसिलोस्कोप ट्रेस चित्रा 4 में दिखाया गया है, साथ ही वैचारिक रेखाचित्रों के साथ गेंद की गति और ऑसिलोस्कोप ट्रेस के अनुरूप प्रतिबिंबित शॉक तरंगों को दिखाया गया है। माइक्रोप्रोसेसर द्वारा प्राप्त कच्चे और संसाधित संकेत, एलसीडी-प्रदर्शित वेग गणना के चित्रण के साथ, चित्रा 5 में प्रस्तुत किए गए हैं। एसएसपीपीसी की सफल फायरिंग से एक प्रतिनिधि दोहरी-चैनल ऑसिलोस्कोप ट्रेस चित्रा 6 में दिखाया गया है। ऑसिलोस्कोप के निशान तोप के अंदर और बाहर निकलने के ठीक बाद शॉक तरंगों का पता लगाने के लिए चाकू-एज सेटअप की प्रभावशीलता को प्रदर्शित करते हैं। निशान सिग्नल में एक स्पष्ट कटऑफ भी प्रदर्शित करते हैं क्योंकि गेंद गुजरती है, जिसका उपयोग सटीक गेंद वेग गणना के लिए किया जाता है। विभिन्न डायाफ्राम टूटने की स्थितियों के तहत एसएसपीपीसी की फायरिंग के लिए परीक्षण किए गए थे। पिंग-पोंग बॉल वेग और एसएसपीपीसी डायाफ्राम टूटने की स्थिति के बीच सहसंबंध चित्र 7 में प्लॉट किया गया है।

Figure 1
चित्रा 1: मानक पिंग-पोंग तोप का योजनाबद्ध। यह आंकड़ा मानक पिंग-पोंग तोप के सेटअप और लेआउट को दर्शाता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 2
चित्रा 2: सुपरसोनिक पिंग-पोंग तोप का योजनाबद्ध। यह आंकड़ा सुपरसोनिक पिंग-पोंग तोप के सेटअप और लेआउट को दर्शाता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 3
चित्रा 3: ऑप्टिकल डायग्नोस्टिक हार्डवेयर सेटअप का योजनाबद्ध। यह आंकड़ा ऑप्टिकल नैदानिक माप के लिए घटकों के सेटअप और लेआउट को दर्शाता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 4
चित्रा 4: सचित्र शॉक वेव प्रसार के साथ प्रतिनिधि ऑसिलोस्कोप ट्रेस। यह आंकड़ा तोप की फायरिंग प्रक्रिया में प्रतिबिंबित एक प्रचारक शॉक वेव को दर्शाता है, जिसे समय के संबंध में वोल्टेज में बदलाव द्वारा दर्शाया जाता है। तोप के पांच स्नैपशॉट तोप में गेंद की स्थिति के साथ संयोजन में सदमे प्रसार की दिशा को चित्रित करते हैं। शॉक वेव की दिशा सिग्नल में सकारात्मक या नकारात्मक स्पाइक द्वारा निर्धारित की जाती है। वेग को बीम को काटने वाली गेंद के कारण "वर्ग" पल्स की चौड़ाई के माध्यम से मापा जा सकता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 5
चित्रा 5: माइक्रोप्रोसेसर सिग्नल रूपांतरण और प्रदर्शन। यहां, हम पीपीसी के एक विशिष्ट शॉट के कारण आंतरिक रूप से सेंसिंग फोटोरिसीवर का निशान दिखाते हैं। यात्रा गेंद के कारण होने वाली नाड़ी को तुलनित्र द्वारा उलटा किया जाता है, अतिरिक्त शोर को हटा दिया जाता है, और 0 वी और 5 वी तक रेल किया जाता है ताकि इसे माइक्रोप्रोसेसर द्वारा आसानी से पढ़ा जा सके। संसाधित वर्ग पल्स की चौड़ाई माइक्रोप्रोसेसर द्वारा पढ़ी जाती है और वेग की गणना करने के लिए उपयोग की जाती है, जिसे बाद में एलसीडी पर प्रदर्शित किया जाता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 6
चित्रा 6: एसएसपीपीसी की फायरिंग के लिए प्रतिनिधि ऑसिलोस्कोप ट्रेस। डुअल-चैनल ऑसिलोस्कोप ट्रेस तोप के निकास के पास आंतरिक (लाल) और बाहरी (नीले) क्षेत्रों को पार करने वाले बीम के लिए चाकू-किनारे संकेत दिखाता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 7
चित्रा 7: डायाफ्राम टूटने की स्थिति पर एसएसपीपीसी पिंग-पोंग बॉल निकास गति की निर्भरता। एसएसपीपीसी को पॉलिएस्टर फिल्म में 0.0005 इंच, 0.001 इंच और 0.002 की एकल शीट का उपयोग करने वाले मामलों की एक श्रृंखला के लिए निकाल दिया गया था। टूटने पर झिल्ली दबाव अंतर को प्रत्येक मामले के लिए मैक संख्या बनाम प्लॉट किया गया था। तोप को प्रत्येक डायाफ्राम मोटाई के लिए आठ बार फायर किया गया था, और ऊर्ध्वाधर और क्षैतिज त्रुटि पट्टियां क्रमशः अंतर दबाव और मैक संख्या में मानक त्रुटि का प्रतिनिधित्व करती हैं। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

वीडियो 1: श्लीरेन इमेजिंग तकनीक। वीडियो में सदमे की तरंगों को प्रतिबिंबित करने के लिए टेप की प्रतिक्रिया और पीपीसी के निकास पर टेप की अंतिम टुकड़ी का पता चलता है। कृपया इस वीडियो को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें।

वीडियो 2: हाई-स्पीड शैडोग्राफ इमेजिंग तकनीक। सुपरसोनिक पिंग-पोंग बॉल एक स्थायी शॉक वेव पैदा करती है। कृपया इस वीडियो को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें।

पूरक फ़ाइल 1: JoVE_AcrylicWindows_Step1_Engrave.svg कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें।

पूरक फ़ाइल 2: JoVE_AcrylicWindows_Step2_Engrave.svg कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

पूरक फ़ाइल 3: JoVE_AcrylicWindows_Step3_Cut.svg कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

पूरक फ़ाइल 4: JoVE_AcrylicCap_Cut.svg कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

पूरक फ़ाइल 5: JoVE_CannonMountTemplate.png कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें।

अनुपूरक फ़ाइल 6: JoVE_AutomaticVelocityDisplay.ino कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

पूरक फ़ाइल 7: JoVE_MylarDiaphram_Cut.svg कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

हमने गेंद के वेगों के मापन के लिए ऑप्टिकल निदान के साथ-साथ पीपीसी और एक एसएसपीपीसी के निर्माण के लिए एक विधि प्रस्तुत की है और तोप के निकास के पास सदमे प्रसार के लक्षण वर्णन के लिए। मानक पीपीसी का निर्माण अनुसूची 80 पीवीसी पाइप में 1.5 के 2 मीटर खंड के साथ किया गया है। पाइप को प्रत्येक छोर पर फ्लैंग्स, त्वरित-कनेक्ट वैक्यूम फिटिंग और लेजर डायग्नोस्टिक्स के लिए निकास के पास ऐक्रेलिक खिड़कियों के साथ फिट किया गया है। पीपीसी का एक विस्तृत योजनाबद्ध चित्र 1 में दिखाया गया है। फायरिंग से पहले, तोप में एक पिंग-पोंग बॉल डाली जाती है, और सिरों को सील कर दिया जाता है। निकास छोर को सीधे फ्लैंज पर टेप सुरक्षित करके सील कर दिया जाता है। पाइप के दूसरे छोर पर, टेप को 1.5 इंच कटआउट के साथ ऐक्रेलिक कैप पर सुरक्षित किया जाता है, और पाइप को रबर गैसकेट के साथ ऐक्रेलिक कैप का उपयोग करके सील कर दिया जाता है। पीपीसी को मजबूती से सुरक्षित किया गया है, और पिंग-पोंग बॉल को सुरक्षित रूप से पकड़ने के लिए एक मजबूत कंटेनर तैनात किया गया है। तोप को पाइप को 2 टॉर से कम के कम पूर्ण दबाव में निकालकर और तोप को एक तेज वस्तु के साथ पंचर करके फायर किया जाता है। एसएसपीपीसी पीपीसी का एक संवर्धित निर्माण है जो मानक पीपीसी के लिए अनुसूची 80 पीवीसी पाइप में 4 के दबाव वाले खंड को सुरक्षित करके बढ़े हुए त्वरण और सुपरसोनिक पिंग-पोंग बॉल वेग पैदा करता है। SSPPC का एक विस्तृत योजनाबद्ध चित्र 2 में दिखाया गया है। दबाव वाले पाइप के एक छोर को एक टोपी के साथ सील किया जाता है, जबकि दूसरा छोर एक रिड्यूसर युग्मन और फ्लैंग के साथ पीपीसी से जुड़ा होता है। दबाव वाले पाइप को 1-100 पीएसआई दबाव गेज, एयर कंप्रेसर से त्वरित कनेक्ट फिटिंग और एक सुरक्षा दबाव राहत वाल्व के साथ फिट किया गया है। फायरिंग से पहले, गेंद को तोप में डाला जाता है और फ्लैंज पर टेप सुरक्षित करके निकास छोर को सील कर दिया जाता है। फिर, ड्राइवर और संचालित अनुभाग सुरक्षित रूप से उनके बीच में एक पतले पॉलिएस्टर डायाफ्राम और रबर गैसकेट से जुड़े होते हैं। एसएसपीपीसी सुरक्षित है, और पिंग-पोंग बॉल को सुरक्षित रूप से पकड़ने के लिए एक मजबूत कंटेनर तैनात किया गया है। संचालित पाइप में दबाव को 2 टॉर से कम करने के बाद, तोप को एयर कंप्रेसर से ड्राइवर पाइप में दबाव जारी करके फायर किया जाता है जब तक कि डायाफ्राम फट न जाए।

चाकू-एज ऑप्टिकल डायग्नोस्टिक्स को एक ऑप्टिकल ब्रेडबोर्ड पर लेजर, बीम स्प्लिटर, मिरर और दो फोटोरिसीवर्स के साथ स्थापित किया जाता है, जैसा कि चित्र 3 में दिखाया गया है। लेजर तोप के लंबवत उन्मुख है, जिसमें एक बीम ऐक्रेलिक खिड़कियों के माध्यम से पाइप के इंटीरियर को पार करता है और दूसरा बीम (बीम स्प्लिटर से) तोप के निकास से परे गुजरता है। बीम की तीव्रता दो फोटोरिसीवर मॉड्यूल द्वारा एकत्र की जाती है, और सिग्नल को दो-चैनल डिजिटल ऑसिलोस्कोप पर प्रदर्शित किया जाता है। प्रत्येक बीम के लगभग आधे हिस्से को अवरुद्ध करने के लिए फोटोरिसीवर सेंसर पर काले विद्युत टेप लगाए जाते हैं। टेप चाकू के किनारे के रूप में कार्य करता है और शॉक तरंगों या प्रवाह में अन्य घनत्व भिन्नताओं द्वारा उत्पादित छोटे अनुप्रस्थ विक्षेपण का पता लगाने के लिए संवेदनशीलता बढ़ाता है। फोटोरिसीवर्स से डेटा स्वचालित रूप से रिकॉर्ड किया जाता है जब तोप को ऑसिलोस्कोप को ट्रिगर करके फायर किया जाता है जब गेंद पहली बीम को पार करती है। ऑसिलोस्कोप पर ट्रिगर स्तर सेट करने से पहले, क्लिपिंग से बचने के लिए विशेष देखभाल की जानी चाहिए, जिसके परिणामस्वरूप चाकू किनारे प्रणाली की संवेदनशीलता हो सकती है। चाकू के किनारे पर बीम की स्थिति को समायोजित करके क्लिपिंग से बचा जा सकता है जैसे कि बेसलाइन वोल्टेज अधिकतम वोल्टेज का लगभग 50% है। पिंग-पोंग बॉल वेगों की गणना फोटोरिसीवर मॉड्यूल से निशान का उपयोग करके की जाती है। वेग के लिए एक सरल और सटीक गणना पिंग-पोंग गेंद के व्यास को उस समय से विभाजित करके की जाती है जब बीम गेंद द्वारा बाधित होती है। एक माइक्रोप्रोसेसर का उपयोग पाइप के इंटीरियर को पार करने वाले बीम से प्राप्त सिग्नल को संसाधित करने के लिए किया जाता है ताकि तोप के निकास के पास गेंद के वेग की स्वचालित रूप से गणना और प्रदर्शन किया जा सके।

इस विधि के परिणाम अत्यधिक प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य हैं और पिंग-पोंग बॉल वेगों का तत्काल डिजिटल प्रदर्शन प्रदान करते हैं, जिससे प्रदर्शन उपकरण के रूप में तोप का मूल्य बढ़ जाता है। चाकू-एज सेटअप का उपयोग करके ऑसिलोस्कोप ट्रेस में तोप से जुड़े संपीड़ित प्रवाह और शॉक तरंगों का एक समृद्ध दृश्य चित्रण होता है। यह विधि एक प्रयोग पर केंद्रित है जो कई माध्यमिक कारकों से प्रभावित है जिन्हें प्रयोगशाला सेटिंग में आगे अध्ययन किया जा सकता है, जैसे कि दीवार घर्षण, गेंद के चारों ओर हवा का रिसाव, तेज गेंद द्वारा शॉक तरंगों का गठन, गेंद और टेप किए गए निकास के बीच शॉक तरंगों के प्रतिबिंब द्वारा उत्पन्न दबाव का तेजी से निर्माण, और गेंद के बाहर निकलने से पहले टेप की बाद की टुकड़ी। एसएसपीपीसी की फायरिंग से एक प्रतिनिधि ऑसिलोस्कोप ट्रेस चित्रा 6 में दिखाया गया है। आकृति में ऊपरी निशान बीम से मेल खाता है जो निकास के पास तोप के इंटीरियर को पार करता है। निचला निशान बीम से मेल खाता है जो तोप से बाहर निकलने के तुरंत बाद पिंग-पोंग बॉल के पथ को पार करता है। सिग्नल में एक स्पष्ट कटऑफ स्पष्ट है क्योंकि गेंद पास से गुजरती है और प्रत्येक बीम को बाधित करती है। शॉक तरंगों का प्रचार करके पेश किए गए बॉल पैसेज से पहले वोल्टेज स्पाइक्स को चाकू-एज डिटेक्शन सेटअप द्वारा बढ़ाया जाता है और प्रत्येक ट्रेस पर देखा जा सकता है। गेंद और टेप के बीच तोप के अंदर शॉक तरंगों के प्रतिबिंब के कारण ऊपरी ट्रेस में लगातार वोल्टेज स्पाइक्स। इसके विपरीत, निचले निशान पर प्रत्येक वोल्टेज स्पाइक एक ही दिशा में होता है क्योंकि तोप के बाहर शॉक तरंगें प्रतिबिंबित नहीं होती हैं और बाहरी बीम से दूसरी बार गुजरती हैं।

प्रस्तुत किए गए प्रयोगों के अलावा, अनुवर्ती छात्र परियोजनाओं को तोप की फायरिंग के दौरान परीक्षण स्थितियों पर अतिरिक्त नियंत्रण प्रदान करने के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, वर्तमान एसएसपीपीसी पाइप के दो वर्गों के बीच पर्याप्त दबाव अंतर बनने के बाद डायाफ्राम के प्राकृतिक टूटने पर आग लगाता है। उपयोगकर्ता द्वारा शुरू किए गए उपयोगकर्ता-नियंत्रित टूटना तंत्र का विकास या स्वचालित रूप से वांछित ड्राइवर दबाव पर ट्रिगर किया जाता है, परीक्षण स्थितियों को नियंत्रित करने में अधिक सटीकता की अनुमति देगा। अन्य अनुवर्ती परियोजनाओं का उद्देश्य तोप की एक फायरिंग में कई स्थितियों पर पिंग-पोंग गेंद के वेग को मापना हो सकता है ताकि गेंद के वेग और त्वरण का अधिक पूर्ण विवरण प्रदान किया जा सके क्योंकि यह पाइप के नीचे यात्रा करता है। स्थिति के कार्य के रूप में पीपीसी में वेग माप का पहले अध्ययन किया गया है, लेकिन पीपीसी1 के अलग-अलग फायरिंग से प्राप्त प्रत्येक वेग डेटा बिंदु के साथ।

पिंग-पोंग तोप एक प्रदर्शन जारी रखेगी जो सभी उम्र और प्रकार के दर्शकों के लिए साज़िश और जिज्ञासा उत्पन्न करती है। तोप द्वारा प्रदर्शित जटिल द्रव भौतिकी अनुवर्ती अध्ययनों की प्रतीत होने वाली असीम आपूर्ति प्रदान करना जारी रखेगी जिसे भौतिकी और इंजीनियरिंग प्रयोगशाला परियोजनाओं में जांच की जा सकती है। कक्षा में, यह एक लोकप्रिय प्रदर्शन के रूप में काम करना जारी रखेगा जो वायुमंडलीय दबाव के परिमाण के बारे में उत्साह और साज़िश को उत्तेजित करता है। हम अनुमान लगाते हैं कि एसएसपीपीसी के निर्माण के तरीके और ऑप्टिकल डायग्नोस्टिक्स जो हमने प्रस्तुत किए हैं, वे एक प्रदर्शन उपकरण के रूप में और रोमांचक प्रयोगशाला प्रयोगों के लिए एक उपयोगी उपकरण के रूप में तोप के मूल्य को बढ़ाएंगे।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

लेखकों के पास खुलासा करने के लिए कुछ भी नहीं है।

Acknowledgments

यह काम IUSE: EHR कार्यक्रम के हिस्से के रूप में अंडरग्रेजुएट एजुकेशन (पुरस्कार # 2021157) के NSF प्रभाग द्वारा समर्थित है

Materials

Name Company Catalog Number Comments
15 V Current Limited Power Supply New Focus 0901 Quantity: 1
2" x 6" Plank Home Depot BTR KD-HT S Quantity: 1
5.0" 40-pin 800 x 480 TFT Display Adafruit 1680 Quantity: 1
Absolute Pressure Gauge McMaster-Carr 1791T3 0–20 Torr | Quantity: 1
Air Compressor Porter Cable C2002 6 gallon | Quantity: 1
Arduino UNO Rev3 Arduino A000066 Quantity: 1
ASME-Code Fast-Acting Pressure-Relief Valve
for Air		 McMaster-Carr 5784T13 Nickel-Plated, 3/8 NPT, 125 PSI Set Pressure | Quantity: 1
Black Electrical Tape McMaster-Carr 76455A21 Quantity: 1
BNC Cable Digikey Number 115-095-850-277M050-ND Quantity: 2
Broadband Dielectric Mirror THORLABS BB05-E02 400–750 nm, Ø1/2" | Quantity: 1
C-Clamp McMaster-Carr 5133A15 3" opening, 2" reach | Quantity: 6
Cam Clamp Rockler 58252 Size: 5/16"-18 | Quantity: 2 (2 pack)
Digital Pressure Gauge Omega Engineering, Inc. DPG104S 0–100 Psi Absolute Pressure, With Output and Alarms | Quantity: 1
Digital Pressure Gauge Omega Engineering, Inc. DPG104S 0–100 Psi Absolute Pressure, With Output and Alarms | Quantity: 1
Draw Latch McMaster-Carr 1889A37 Size: 3 3/4" x 7/8" | Quantity: 4
Driver Board for 40-pin TFT Touch Displays Adafruit 1590 Quantity: 1
Full Faced EPDM Gasket PVC Fittings Online 155G125125FF150 Quantity: 2
Gasket Material McMaster-Carr 9470K41 15" x 15", 1/8" thick | Quantity: 1
Glowforge Plus Glowforge Glowforge Plus Quantity: 1
HeNe Laser Uniphase 1108 Class 2 | Quantity: 1
High Tack Box Sealing Tape Scotch 53344 72 mm wide 
Laser Power Supply Uniphase 1201-1 115 V .12 A | Quantity: 1
LM311 Comparator Digikey Electronics 296-1389-5-ND Quantity: 1
Mirror Mount THORLABS FMP05 Fixed Ø1/2", 8–32 Tap | Quantity: 1
Moisture-Resistant Polyester Film McMaster-Carr 8567K102 10' x 0.0005" x 27" | Quantity: 1
Moisture-Resistant Polyester Film McMaster-Carr 8567K12 10' x 0.001" x 40" | Quantity: 1
Moisture-Resistant Polyester Film McMaster-Carr 8567K22 10' x 0.002" x 40" | Quantity: 1
Mourtise-Mount Hinge with Holes McMaster-Carr 1598A52 Size: 1" x 1/2" | Quantity: 4
Needle Valve Robbins Aviation Inc INSG103-1P Quantity: 1
Non-Polarizing Cube Beamsplitters THORLABS BS037 Size: 10 mm | Quantity: 2
Nonmetallic PVC Schedule 40 Cantex A52BE12 Quantity: 2.5 m 
Oatey PVC Cement and Primer PVC Fittings Online 30246 Quantity: 1
Oil-Resistant Compressible Buna-N Gasket with Holes and Adhesive McMaster-Carr 8516T454 1-1/2 Pipe Size, ANSI 150, 1/16" Thick | Quantity: 1
Oscilliscope Tektronix TBS2102 Quantity: 1
Photoreceiver New Focus 1801 125-MHz | Quantity: 2
Ping Pong Balls MAPOL FBA_MP-001 Three Star
Platform Mount for 10mm Beamsplitter and Right-Angle Prisms THORLABS BSH10 4-40 Tap | Quantity: 1
Proofgrade High Clarity Clear Acrylic Glowforge NA Thickness: 1/8" | Quantity: 1
Sch 80 PVC Cap PVC Fittings Online 847-040 Size: 4" | Quantity: 1
Sch 80 PVC Pipe PVC Fittings Online 8008-040AB-5 Quantity: 5 ft
Sch 80 PVC Reducer Coupling PVC Fittings Online 829-419 Size: 4" x 1-1/2" | Quantity: 1
Sch 80 PVC Slip Flange PVC Fittings Online 851-015 Size: 1 1/2" | Quantity: 3
Silicone Sealant Dow Corning McMaster-Carr 7587A2 3 oz. Tube, Clear | Quantity: 1
Steel Corner Bracket McMaster-Carr 1556A42 Size: 1 1/2" x 1 1/2" x 1/2" | Quantity: 16
Vacuum Pump Mastercool  MSC-90059-MD 1 Stage, 1.5 CFM, 1/6HP, 115V/60HZ

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Peterson, R. W., Pulford, B. N., Stein, K. R. The ping-pong cannon: A closer look. The Physics Teacher. 43 (1), 22-25 (2005).
  2. Olson, G., et al. The role of shock waves in expansion tube accelerators. American Journal of Physics. 74 (12), 1071-1076 (2006).
  3. Cockman, J. Improved vacuum bazooka. The Physics Teacher. 41 (4), 246-247 (2003).
  4. Ayars, E., Buchholtz, L. Analysis of the vacuum cannon. American Journal of Physics. 72 (7), 961-963 (2004).
  5. Thuecks, D. J., Demas, H. A. Modeling the effect of air-intake aperture size in the ping-pong ball cannon. American Journal of Physics. 87 (2), 136-140 (2019).
  6. Liepmann, H. W., Roshko, A. Elements of gas dynamics. , Wiley. New York, NY. (1957).
  7. Settles, S. Schlieren and shadowgraph techniques. , Springer Berlin Heidelberg. Berlin, Germany. (2001).
  8. Geisert, T. A single mirror schlieren optical system. American Journal of Physics. 52 (5), 467 (1984).
  9. French, R. M., Gorrepati, V., Alcorta, E., Jackson, M. The mechanics of a ping-pong ball gun. Experimental Techniques. 32 (1), 24-30 (2008).
  10. French, M., Zehrung, C., Stratton, J. A supersonic ping-pong gun. arXiv. , (2013).
  11. French, F., Choudhuri, R., Stratton, J., Zehrung, C., Huston, D. A modular supersonic ping-pong gun. arXiv. , (2018).
  12. Fredrick, C. D., et al. Complementary studies on supersonic nozzle flow: heterodyne interferometry, high-speed video shadowgraphy, and numerical simulation. WIT Transactions on Modelling and Simulation. 59, 223-234 (2015).

Tags

इस महीने JoVE में अंक 193
सुपरसोनिक पिंग-पोंग तोप के उच्च गति ऑप्टिकल निदान
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Barth, T. J., Stein, K. R.… More

Barth, T. J., Stein, K. R. High-Speed Optical Diagnostics of a Supersonic Ping-Pong Cannon. J. Vis. Exp. (193), e64996, doi:10.3791/64996 (2023).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter