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So bauen Sie eine Überschall-Ping-Pong-Pistole
Wenn mit Ping-Pong-Gewehren etwas nicht stimmt, dann ist es, dass sie ihre Munition nicht mit Überschallgeschwindigkeit abfeuern können. Das ist zumindest das Gefühl von Mark French, Maschinenbauingenieur an der Purdue University in Indiana, und seinen Doktoranden Craig Zehrung und Jim Stratton.
Die schreckliche Leistung von Ping-Pong-Gewehren hat diese Jungs gezwungen, die Sache selbst in die Hand zu nehmen. Heute zeigen sie die Früchte ihrer Arbeit in Form einer maßgeschneiderten Waffe, die Tischtennisbälle mit Geschwindigkeiten von über 400 Metern pro Sekunde abfeuern kann. Das ist ungefähr Mach 1,2.
Ihr Design ist einfach. Es besteht aus einer Druckkammer, die mit zwei oder drei Schichten Duck Tape verschlossen ist. Wenn der Druck etwa 620 kPa überschreitet, platzt das Band und lässt eine Druckwelle in eine spezielle Düse und von dort in den Lauf, wo es einen Tischtennisball schleudert.
Das Design der Düse ist wichtig, da sie eine Überschalldruckwelle erzeugt. Dafür verwenden Franzosen und Co. eine sogenannte de Laval-Düse, benannt nach dem schwedischen Ingenieur, der sie im 19. Jahrhundert erfunden hat.
Eine de Laval-Düse besteht aus einem Rohr mit einer Quetschung in der Mitte. Wenn die Luft in die Düse eintritt, beschleunigt sie sich, während sie komprimiert wird. Bei der Quetschung passt sich der Luftstrom der Schallgeschwindigkeit an und wird dann zu Überschall, wenn sich das Rohr ausdehnt.
Dieser Überschallstrom tritt dann in den Kanonenlauf ein, wo er einen Tischtennisball auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt.
French und Co haben eine Hochgeschwindigkeits-Videokamera verwendet, um die Ballgeschwindigkeit beim Verlassen des Laufs zu messen. Sie sagen, sie hätten Videobeweise von Geschwindigkeiten von über 400 Metern pro Sekunde. Das ist schneller als eine F-16, die auf Meereshöhe mit Vollgas fliegt.
Das ist echte Arbeit, kein Zweifel. Aber hoffen wir, dass diese Jungs ihre Aufmerksamkeit nie auf Zahnpastaspender richten.
Ref: arxiv.org/abs/1301.5188 : Eine Überschall-Ping-Pong-Pistole