Vì hệ xe và ray van còn tôn tai lực cản khá lớn nên ta chưa thé sử dụng mô hình này dé kiểm chứng các thí nghiệm về bảo toàn động lượng. Tuy nhiên, chúng ta có thé sử dụng thí nghiệm về bảo toàn động lượng dé đánh giá chất lượng của hệ thong
thông qua thí nghiệm va chạm đản hoi giữa 2 Xe.
4.1 Cách bố trí dụng cụ thí nghiệm (như hình 4.1).
Máy Dopler
4.2 Cách tiến hành.
- Đặt xe thứ hai đứng yên tại vị trí giữa ray, vận tốc của xe trước va chạm bằng
không (v; =0).
- Trên xe thứ nhất có gắn lá chắn công quang. Cho xe thứ nhất chuyền động
với vận tốc +, đến va chạm với xe thứ hai.
- Xác định vận tốc của xe thứ nhất trước khi va chạm nhờ công quang điện.
- _ Xác định vận tốc v, của xe thứ hai sau va chạm nhờ máy đo Dopler.
50
Đề xác định chính xác vận tốc của xe thứ nhất trước va chạm bằng cách sử dụng công quang thì chiều dai s của lá chắn công quang nhỏ va đặt vị trí cong quang gan
vi trí xảy ra va cham. lộ) đây, tôi chọn s=3cm, vì theo kết quả khảo sat vận tốc
chuyển động của xe thì trong quãng đường đủ nhỏ dé vận tốc của xe không chênh lệch nhiều.
Vận tốc xe thứ nhất được xác định bởi :
w=—Ss,
_—
s ;chiều dai lá chắn công quang ;
At: khoảng thời gian lá chắn qua công quang.
Khi lượng 2 xe : m, =m, =350g . 4.3 Kết quả thu được.
Sau khi va chạm, xe thứ nhất đứng yên (w', =0). xe hai chuyên động cùng chiều với chiêu chuyên động với xe thứ nhất với vận tốc F re
Đây là một trong những kết quả thu được.
Bang 9: Vận toc của xe | trước va chạm và vận toc xe 2 sau va chạm.
Vận tốc xe 2 sau 0,687m/s 0,691 m/s 0,679m/s
va cham.
4.4 Nhận xét.
4.4.1 Theo lý thuyết.
S1
Hệ kín gồm 2 vật có khối lượng bang nhau, vật 1 chuyển động với vận tốc 7, đến va chạm với vật 2 đang đứng yên. Sau va chạm. vật | đứng yên va vật 2 chuyên động
với ÿ',=U,.
4.4.2 Thực nghiệm.
Sau khi tiến hành thí nghiệm va chạm giữa 2 xe, ta thu các số liệu được thẻ hiện
='
trong bảng 9 và nhận thay vy, <lủĂ.
Bang 10: Độ chênh lệch giữa giá trị vận tốc thực nghiệm so với giá trị lý thuyết của
xe 2.
Lan 1 Lan 2 Lan 3
Vận tốc Xe 2 sau
va chạm theo lý 0,789m/s 0,789m/s 0,789m/s
thuyết |i'',,,| -
Van toc xe 2 sau
va cham theo thực 0,687 m/s 0,691 m/s 0,679m/s
nghiệm |i',,.|.
tea deel 13% 12% 14%1 |
li 2er
Ta thay độ chéch lệch giữa giá trị van tốc theo lý thuyết và thực nghiệm của xe 2 đều lớn hơn 10%. Mà đối với một thí nghiệm kiêm chứng thì độ chênh lệch hơn 10% giữa lý thuyết và thực nghiệm được coi là khá lớn, không thể chấp nhận được.
Do đó, ta rút ra nhận xét: Động lượng theo phương chuyên động và động năng tịnh
fk ` a . , ` Ũ ˆ . `
tiên của hệ hai xe trước và sau khi va chạm không được bảo toàn.
“> Một vài nguyên nhân kha di làm động lượng của hệ không được bao toàn.
- _ Va chạm giữa hai xe không tuyệt đối đàn hỏi xuyên tâm.
- Sau khi va chạm, xe 2 vừa chuyên động tịnh tiễn, vừa dao động quanh khối tâm. Động năng cung cấp ban đầu cho xe chuyên động sẽ chuyên hóa thành 2 phan: năng lượng cho xe chuyền động tịnh tiền và năng lượng cho xe dao
s2
động. Do đó, vận tốc tịnh tiền của xe 2 giảm so với vận tốc tịnh tiến lý thuyết.
- Xe chuyên động trên đệm từ con chịu tác dụng của lực can: ma sat trượt giữa
xe và thành ray, lực cản từ,...
- _ Tương tác từ giữa nam châm trên hai xe với nhau.
Kết luận: Thông qua kết quả thí nghiệm va chạm giữa 2 xe, ta thấy động lượng theo phương chuyên động của hệ trước và sau va chạm không được bảo toàn. Có rất nhiều nguyên nhân dẫn đến kết quả trên nhưng chủ yếu là do hệ thống đệm từ trường hoạt động chưa én định: xe chuyên động kèm theo dao động; còn tồn tại ma sat trên hệ thông ray và xe.
Vi thời gian thực hiện đẻ tài hạn chế nên tôi chỉ kịp tiến hành thử nghiệm với một thí nghiệm về định luật bảo toản động lượng. Do đó dé xem xét việc đưa vao sử dụng bộ dụng cụ này cho thí nghiệm bảo toàn động lượng thì cần phải tiếp tục nghiên dé khắc phục các hạn chế trên và tiến hành thêm các thí nghiệm khác bé
sung.
s3
CHƯƠNG §
KET LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIEN CUA DE TÀI 5.1 Kết luận.
Sử dụng tính chất đấy nhau của hai nam châm, hình dạng đường sức từ của nam
châm vĩnh cửu và dựa trên những mô hình đã được lắp ráp về đệm từ trường. tôi đã
tiền hành nghiên cứu hai cấu hình. Cả hai cấu hình này đều có chung một đặc điểm : xe chịu tác dụng của hai lực nâng từ hệ thong ray. Nhưng ở mỗi cấu hình thì sẽ có một kết cau va sự sắp xếp các nam châm trên hệ thống ray khác nhau.
5.1.1 Đối với cau hình 1.
Kết cấu của hệ thông ray và xe giống mô hình của đệm không khí. Các nam châm
trên hệ thống ray và xe được đặt trực diện với nhau. Nhưng sau khi tiến hành lấp
rap và nghiên cứu thực nghiệm, tôi rút ra nhận xét : Khi đặt hai nam châm cùng cực
trực điện với nhau thì đó là vị trí cân bằng không bên. Do đó, xe không nôi được trên hệ thông ray và luôn bị hút lệch về một bên ray. Mặc dù đã tìm các phương pháp khác nhau dé khắc phụ hiện tượng nhưng đều không được. Vi vậy, không thé tạo ra một hệ thông đệm từ trường theo cấu hình này.
5.1.2 Đối với cau hình 2.
- Kết cầu của hệ thông ray và xe gồm: 2 hang ray nam châm đặt song song nhau; xe sẽ nỗi trong khoảng giữa của 2 ray. Với kết cấu này, sau khi tiễn hành lắp ráp và nghiên cứu thực nghiệm, tôi đã thu được sản phẩm : xe được
nâng lên bởi hệ thông ray.
- Tuy nhiên, đo hạn chế về nguồn nam châm vĩnh cửu có độ lớn từ trường giống nhau: từ trường của các nam châm không déu;... nên hệ thống vận
hành chưa được tốt. Hệ thống vẫn còn một số hạn chế sau :
e Xc chuyên động tựa vảo thành ray dẫn đến ma sát với 2 thành ray.
© Khi chuyển động, xe có trạng thái dao động tại một số vị trí.
54
e Mặc dù đã tìm cách dé giảm những hạn chế trên nhưng kết quả không triệt tiêu hoàn toàn các hiện tượng kế trên.
Qua các bước khảo sát ban đầu về chất lượng vận hanh của hệ thống, tôi thay : xe chuyển động trên hệ thông đệm từ trường còn tồn tại lực ma sát; ma
sắt tại các vị trí khác nhau trên hệ thống không gidng nhau.
Việc thu nghiệm ban đầu cho thí nghiệm về bảo toàn động lượng một lần nữa đánh giá hoạt động của hệ thống van còn tồn tại nhiều hạn chế: xe chuyên động kém theo dao động: còn ton tại ma sát trên hệ thống ray va xe.
= Kết luận.
Xe nỗi được trên hệ thông.
Hệ thông đệm từ trường hoạt động chưa loại bo hoàn toàn được lực cản như
mong đợi.
Chưa thé đưa vào sử dụng hệ thống đệm từ trường này vào dùng cho các thi
nghiệm ve bảo toàn động lượng.
5.2 Hướng phát triển.
Từ những hạn chế của hệ thong đệm từ trường theo cau hình 2, tôi đề xuất hướng phát triển của đề tài như sau :
Nghiên cứu phương án dé xe có thé nôi trên khoảng giữa hai ray ma không tựa vào ray nhằm làm giảm tối đa lực cản.
Nghiên cứu các sắp xếp các nam châm sao cho từ trường trên các ray tương đối ôn định và đồng nhất.
Thực hiện thêm một số thí nghiệm vẻ định luật bảo toàn động lượng khác.
Ngoài ra, đối với hệ thông đệm từ trường này, ta có thê thực hiện một số thí nghiệm về dao động cơ học. Ví đụ như có thé thực hiện thí nghiệm vẻ đao động cưỡng bức.
55
PHU LUC 1
TAU CHAY TREN DEM TU [7]
1. Nguyên tắc hoạt động của tau chạy trên đệm từ (tau Maglev).
Hoạt động của tàu dựa vào lực đây của hai nam châm cùng tén va lực hút của hai
cực khác tên của hai nam châm.
2. Kết cấu của hai loại tàu đệm từ trên thế giới hiện nay.
Hiện nay, trên thế giới có hai loại tàu ứng với hai cấu tạo khác nhau: cách treo điện
từ EMS (electromagnetic suspension) va cách treo điện động EDS (electrodynamic suspension).
a. Tàu maglev kiều EMS.
Đối với cách treo điện từ, thường bố trí cho tàu chạy trên một đường dẫn dạng thanh dầm hình chữ T dưới thanh dầm có gắn hai đường ray sắt. Day tàu có hai cái ngàm ngậm vào thanh dam chỗ đường ray. O chỗ ngàm của tàu có bồ trí các nam châm điện cũng như đọc theo đường dẫn có bé trí ngầm
các nam châm điện. Các nam châm điện này tạo ra lực hút mạnh vào thanh
sắt đưới thanh đầm, tàu bị kéo lên, cao độ 10 milimet tạo ra đệm không khí.
Các nam châm điện cũng làm nhiệm vụ đây tau tiến về phía trước nhờ thay đổi nhịp nhàng chiều dòng điện trong các cuộn day liên tiếp dé tàu bị nam châm điện hút về phía trước và đây ở phía sau (hình 1). Các nam châm điện cũng được dùng để tự động chỉnh cho con tàu khi chạy luôn noi cách mặt thanh đầm một khoáng cách nhất định là 10 milimet và luôn cân xứng ở giữa đường dẫn, không bao giờ dé cho va chạm.
56
b. Tàu maglev kiểu EDS.
Déi với cách treo điện động EDS, người ta dùng các nam châm đặt trên tàu
chuyên động dé tạo ra dòng cảm ứng lên các cuộn đây ở trên đường dan. Kết
quả lả tạo ra lực đây, đây cho tàu nôi lên. Nam châm ở trên tàu phải mạnh và
nhẹ nên người ta dùng nam châm siêu dẫn, thực chất chỉ là cuộn đây điện
làm băng chất siêu dan, lúc làm lạnh ở nhiệt độ rat thắp, điện trở cua cuộn
dây bảng không. Nhờ vậy có thê cho dòng điện cực lớn chạy qua mà không sợ nóng lên do hiệu ứng Joule, Cuộn đây siêu dan có dong điện lớn chạy qua,
không cần lõi sat, vẫn cho từ trường rất mạnh như nam châm điện. Lực day ở đây mạnh đề tàu có thể nồi lên cao hơn mặt đường dẫn 100 milimet (cao gấp 10 lần so với tàu EMS) nhờ đó tàu chạy được nhanh hơn tàu EMS. Tàu
maglev kiều treo điện động EDS phải có chuyên động thì nam châm của tàu
mới tạo ra dong cam ứng ở các cuộn đây dưới đường tàu. Do đó, tàu phải có
các bánh xe cao su đề tiếp xúc với mặt đường dẫn lúc đứng yên. Ngoài ra phải có những hệ khác dé day tàu chạy về phía trước, hệ tự động đảm bảo
khoảng cách, chạy theo đường dẫn v.v...
57
Hình 2. Từ trường vừa dùng dé nâng vừa dùng dé nâng.
58
PHU LUC 2
BANG SO LIEU KHAO SAT DO LON TU TRUONG CUA MOT NAM CHAM
(Khi dat may do cach bẻ mặt nam châm 5mm) - Đơn vị: mT.
(@â €Œ ơl Ở Ct: b OM ls
_— -_©O
WNHNNMNHMNNMNMN lh OCOGONOOh ON —
59
PHU LUC 3
BANG SO LIEU KHAO SAT DO LON TU TRUONG CUA 4 NAM CHAM (Khi dat may do cach bé mặt nam châm 1,5 cm) - Don vi:mT.
tà na we
—— mm mỉm — — lồbờ bờ bờ bờ bờ bờ kè bh mw %5 wy iy lv lv lv tv l2 ls ly le le to
61
PHỤ LỤC 4
BANG SO LIEU KHAO SÁT DQ LỚN TỪ TRUONG CUA 4 NAM CHAM
62
63