Diese Form der Gauß Kanone ist die Babyversion eines Gaußgewehres, bei der Geschosse elektromagnetisch beschleunigt werden, um so eine höhere Durchschlagskraft zu erreichen. In der hier gezeigten Version wird dieser Versuchsaufbau auch liebevoll als Küchenkanone bezeichnet. Eine gewisse Vorsicht sollte man jedoch auch bei diesem Versuchsaufbau walten lassen. Bitte beachten Sie die Sicherheitshinweise zu diesem Physik-Experiment am Ende Seite. Kaufen kann man eine fertige Gauß Kanone hier.
Was wird gebraucht?
- 2 bis 5 Stahlkugeln oder Würfel aus Stahl mit einem Durchmesser von 1 bis 2 Zentimetern
- 1 bis 2 starke Neodym-Magnete mit einem ähnlichen Durchmesser wie der Stahlkugeln
- eine Rinne als Führung für die Stahlkugeln (man kann z.B. zwei Kanthölzer oder Holzlatten als Führungsschienen verwenden, die man im festen Abstand verbindet)
Was ist zu tun?
Man ordne die Stahlkugeln und die Magnetkugeln in der Führungsschiene wie auf dem Foto gezeigt an. Dies ist jedoch nur ein Beispiel für einen möglichen Aufbau. Dann lässt man den einzelnen Neodym-Magneten in Richtung der drei anderen Kugeln rollen.
Natürlich kann man bei diesem Freihandversuch auch einen ganz anderen Aufbau verwenden und die Zahl der Stahlkugeln und der Magnete variieren. Der Aufbau auf dem Foto stammt von einem Produkt, das es hier als Gaußkonone fertig zu kaufen gibt. In dem Video ist der Versuch mit einer etwas anderen Anordnung an Magneten und Stahlkugeln in Zeitlupe zu sehen. Hier rollt eine Stahlkugel auf zwei Neodym-Magnete zu, vor der drei Stahlkugeln liegen:
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Die Gauß Kanonen: Was ist geschehen?
Lässt man den einzelnen Magneten (links im Bild) auf den anderen Magneten zurollen, so wird dieser durch die magnetische Anziehung stark beschleunigt. Je näher sich die Magnete kommen, desto extremer werden die Anziehungskräfte. Entsprechend groß ist die Wucht, mit der die Neodym-Magnete schließlich aufeinandertreffen.
Während die zwei Neodym-Magnete aneinander haften bleiben und zum Stillstand kommen, überträgt sich die Wucht des Zusammenpralls auf die rechts außen liegende Stahlkugel. Diese kann sich dadurch aus dem Magnetfeld lösen und fliegt mit einem erstaunlich hohem Tempo weg.
Dieser Effekt der so genannten Impulsübertragung ist beispielsweise vom Newton Pendel bekannt. Lenkt man beim Newton Pendel eine der fünf Kugeln aus und lässt sie gegen die anderen prallen, so kommt diese (fast) zum Stillstand. Dafür fliegt eine Kugel auf der gegenüberliegenden Seite weg. Wiederholt man diesen Vorgang mit zwei Kugeln, so entfernen sich auch zwei Kugeln. Durch die magnetische Anziehung entsteht jedoch eine ungleich höhere Beschleunigung. Dadurch fliegt die außen liegende Stahlkugel mit einem sehr hohen Tempo davon.
Mehr zum Thema Impulsübertragung beim Newton Pendel ist hier zu finden.
Eine genauere physikalische Betrachtung ist in dem Beitrag „Die Magnetkanone“ von Christian Ucke und Hans Joachim Schlichting weiter hier zu finden (Download als PDF).
Ucke, Christian, Schlichting, Hans Joachim: Die Magnetkanone. Erschienen in: Physik in unserer Zeit 40 (2009), Heft 3, 152-155. URL: https://www.ucke.de/christian/physik/ftp/lectures/magnetkanone.pdf:
Achtung: Magnete, die im Körper einander oder einen Metallgegenstand anziehen, können schwere oder tödliche Verletzungen verursachen. Ziehen Sie sofort einen Arzt zu Rate, wenn Magnete verschluckt oder eingeatmet wurden. Je nach Größe von Magneten kann es durch die starke Anziehung zu Quetschungen und anderen Verletzungen kommen. Zudem können Neodym-Magnete splittern, wenn sie mit großer Wucht aufeinandertreffen oder anderen mechanischen Belastungen ausgesetzt sind. Auch dies kann zu Verletzungen führen. Bringt man starke Magnete in die Nähe von magnetischen Datenspeichern wie Festplatten, USB-Sticks, Kreditkarten, digitale Kameras usw., können Daten gelöscht werden. Beim mechanischen Bearbeiten (Feilen, Bohren, Sägen) von Neodym-Magneten kann sich der Bohrstaub entzünden.
