Die sog. Gausskanone ist eine eindrucksvolle Spielerei mit Magneten. Zum Aufbau benötigt man lediglich
- eine L-förmige Metallschiene
- mehrere würfelförmige Magnete
- mehrere Eisenkugeln
Die Magnete und Kugeln ordnet man wiefolgt an:
Man benötig also für n Magnete zumindest 2·n + 1 Metallkugeln. Hinter den Magneten kann man 2 oder auch 3 Metallkugeln anordnen. Der ersten Metallkugel ganz links muss man zum Start der Gausskanone einen Schubs mitgeben.
Was passiert dann? Die erste Metallkugel wird vom ersten Magneten angezogen und dadurch immer schneller. Bei der Kollision mit dem Magneten übergibt sie ihren großen Impuls p an die letzte Metallkugel hinter dem Magneten, da ja der sog. Impulserhaltungssatz gilt. Weil sich zwischen dieser letzten Metallkugel und dem Magneten aber eine weitere Kugel befindet, wird das Magnetfeld und dadurch die nun entgegen der Bewegungsrichtung wirkende, bremsende Kraft stark abgeschwächt. Infolgedessen kann sich die jeweils letzte Metallkugel relativ leicht und ohne nennenswerten Verlust ihrer Geschwindigkeit vom Magneten entfernen. Dann beginnt das Ganze von vorne. Die bereits schnelle Metallkugel wird nun vom zweiten Magneten angezogen und dadurch noch schneller. Sie übergibt beim Stoß den nun immer größer werdenden Impuls an die letzte Kugel hinter dem Magneten usw.
Jetzt habe ich den Versuch auch bei mir zuhause durchgeführt. Die Stahlwinkelleiste besorgte ich mit meinem jüngeren Sohn beim Baumarkt und die Magnete und Stahlkugeln kamen von Amazon.
Mit der Software Tracker konnte ich dann die maximale Geschwindigkeit zu 7 m/s = 25.2 km/h bestimmen 😉
Eventuell ist die Verwendung einer Aluminiumwinkelleiste anstelle jener aus magnetisierbaren Stahl von Vorteil. Das können dann die Schüler ermitteln…