Brontekst bekijken van Railgun

[[Bestand:Railgun-1.svg|thumb|250px|Schema van een railgun. De rails en het projectiel zijn aangegeven, evenals de richting van de elektrische stroom I (rood), het magnetische veld B (blauw) en de haakse [[lorentzkracht]] F (groen) die het projectiel voortstuwt.]]
Een '''railgun''' is een [[elektrisch]] [[geweer]] dat een elektrisch geleidend [[projectiel]] tussen metalen [[Rail (spoorwegen)|rail]]s wegschiet.

== Methode ==
[[Bestand:Railgun usnavy 2008.jpg|thumb|250px|Naval Surface Warfare Center testschot in januari 2008, met een staartpluim van [[Plasma (aggregatietoestand)|plasma]] achter het projectiel.]]
[[Bestand:German railgun Bild 1-2.gif|thumb|250px|Duits ontwerp voor een railgun]]
Railguns gebruiken twee [[sleepcontact]]en die een sterke [[elektrische stroom]] door het [[projectiel]] laten lopen. Dit ondergaat een [[lorentzkracht]] door het sterke [[magnetische veld]] ten gevolge van de stroom door de rails en wordt zo versneld. De [[United States Navy|Amerikaanse marine]] heeft een railgun getest die een kogel van 3,5&nbsp;kg versnelt tot [[Machgetal|Mach]] 7.<ref>[http://www.technologyreview.com/Infotech/20164/?nlid=857 Technology Review<!-- Automatisch gegenereerde titel: verbeter de omschrijving als dat mogelijk is -->]</ref>.

Railguns moeten niet verward worden met het verwante [[spoelgeweer]] (coilguns/Gauss guns), die zonder contacten werken en een magnetisch veld gebruiken dat wordt aangelegd met uitwendige [[spoel]]en langs de loop om een magnetisch projectiel voort te stuwen.

In tegenstelling tot kogels die gebruik maken van buskruit om af te vuren, die gelimiteerd zijn door de snelheid waaraan het gas dat de kogel doorreist kan uitzetten, is een railgun alleen beperkt door de hoeveelheid energie die je in een keer in het systeem kan dumpen. Hierdoor zijn er testschoten afgevuurd met railguns die twee tot drie keer de maximumsnelheid bereikten die een gewone kogel kan halen.

==Berekening==
De elektrische stroom door de rails veroorzaakt een magneetveld, dat samen met de elektrische stroom door het projectiel een lorentzkracht opwekt die het projectiel voortstuwt. Omdat de elektrische stroom tweemaal gebruikt wordt, verwachten we dat die kracht evenredig is met het kwadraat van de stroomsterkte.

De grootte van deze kracht[[Vector (wiskunde)|vector]] kan in een ideaal geval berekend worden met
# de formule voor het magnetisch veld veroorzaakt door een gelijkstroom (de [[wet van Biot-Savart]], de [[rechterhandregel]] voor een stroomdraad) en
# de [[lorentzkracht]] op een stroomdraad of geleider in een [[magneetveld]].

We hebben de volgende constante en variabelen nodig:
* de [[magnetische permeabiliteit]] <math>\mu_0</math> van lucht of vacuüm,
* de straal van de rails (hier met ronde dwarsdoorsnede genomen) <math>r</math>,
* de tussenafstand van de middens van de rails <math>d</math>, tevens de breedte van het projectiel, en
* de elektrische stroomsterkte in [[Ampère (eenheid)|ampère]] door het geheel <math>I</math>

In de berekening wordt de situatie vereenvoudigd: de rails hebben een begin maar zijn oneindig lang (half-oneindige draden). Volgens de [[wet van Biot-Savart]] wekt een half-oneindige stroomdragende draad (hier rail) op een afstand <math>s</math> een magnetisch veld <math>B</math> op die gegeven is door:
:<math>\mathbf{B}(s) = \frac{\mu_0 I}{ 4\pi s}\hat{\phi}</math>
waarin
:<math>\hat{\phi}</math> de richting van het magneetveld rond de stroomdraad (rail) aangeeft.

Daarom is de sterkte van het magneetveld <math>B</math> in het gebied tussen twee half-oneindige draden (rails) met een tussenafstand <math>d</math> de som van de losse magneetvelden van de enkele draden (rails):
:<math>B(s) = \frac{\mu_0 I}{ 4\pi}\left(\frac{1}{s}+\frac{1}{d-s}\right)</math>

Om het gemiddelde magnetische veldsterkte in de ruimte tussen de twee draden (rails) te berekenen, nemen we aan dat <math>r</math> klein is vergeleken met <math>d</math>. We tellen alle bijdragen tot het magneetveld op en berekenen het dus met een [[integraal]]:
:<math>B_{\text{avg}} = \frac{1}{d}\int_r^{d-r}B(s)\text{d}s = \frac{\mu_0 I}{ 4\pi d}\int_r^{d-r}\left(\frac{1}{s}+\frac{1}{d-s}\right)\text{d}s=\frac{\mu_0 I}{ 2\pi d} \ln{ \frac{d-r}{r} } </math>

Vanwege de formule voor de [[lorentzkracht]] wordt de kracht op de stroomdragende draad (rail) gegeven door <math>IdB</math>. Omdat de breedte van het projectiel <math>d</math> is, volgt voor de kracht <math>F</math>
:<math>F_{LOR} = IdB_{\text{avg}} = \frac{\mu_0 I^2}{ 2\pi} \ln{ \frac{d-r}{r}}</math>

De formule gaat uit van de veronderstelling dat de afstand <math>l</math> tussen het punt waar de kracht <math>F</math> gemeten wordt en het begin van de rails 3 of 4 maal groter is dan de tussenafstand tussen de rails <math>d</math>. Om de kracht nauwkeurig te berekenen, moet de vorm en ligging van de rails en projectiel erbij betrokken worden.

== Verwijzingen ==
{{References}}

== Verder lezen ==
* Biezeveld, H. en Mathot, L.: ''[[Scoop (lesmethode)|Scoop]] Natuurkunde voor de [[Bovenbouw (onderwijs)|bovenbouw]] 5/6 [[vwo]]'', [[Wolters-Noordhoff]] Groningen, [[1997]] vijfde druk

== Externe links ==
=== Theorie ===
* {{en}} [https://web.archive.org/web/20110720075119/http://www.matthewmassey.com/RailgunTheory.pdf Theorie van de railgun door Matthew E. Massey]
* {{en}} [http://science.howstuffworks.com/rail-gun1.htm howstuffworks.com - Uitleg met animaties]
* {{en}} [http://www.iop.org/EJ/abstract/0022-3727/29/12/018 iop.org - Theoretische limiet voor de uittreesnelheid]
* {{en}} [https://web.archive.org/web/20051228210324/http://home.insightbb.com/~jmengel4/rail/rail-intro.html Jengel and Fatro's Rail Gun Page]

===Pogingen van amateurs===
* [http://www.powerlabs.org/railgun.htm PowerLabs Rail Gun research]
* [https://web.archive.org/web/20051228041232/http://www.matthewmassey.com/ Railgun theory, design, construction, and testing]
* [https://web.archive.org/web/20051226042216/http://www.rollette.com/railgun/ Railgun Blog by Jason Rollette]
* [http://members.shaw.ca/forcelabs/minirailgun.htm Miniature Experimental Railgun]
* [http://www.intalek.com/AV/Railguns-Tim-Ventura-1994-2.pdf Tim Ventura's 90's-era Railgun Designs]
* [https://web.archive.org/web/20080720143740/http://www.americanantigravity.com/massdriver.shtml American Antigravity's Mass-Driver Demo + Video]
* [http://kisaragi.iinaa.net/ +EML Laboratory－ Japanese Experiment＋Video]

===Universitair onderwijs en onderzoek===
* [https://web.archive.org/web/20100328192424/http://www.utexas.edu/research/cem/Railgun%20Pulsed%20Power%20Program.html The University of Texas at Austin Rail Gun]
* [https://web.archive.org/web/20071217200237/http://www.eng.auburn.edu/department/ece/railgun/index.htm Auburn University Rail Gun]

===Militaire toepassing===
* [https://web.archive.org/web/20090430125418/http://www.onr.navy.mil/emrg/electromagnetic-railgun.asp Electromagnetic Railgun: An Innovative Naval Program]

===Pers en media===
*''What next? The Electromagnetic Gun? But perhaps we have had our last world war'', [[Popular Science]] Monthly, February 1919, p18-19, Scanned by Google Books: http://books.google.com/books?id=7igDAAAAMBAJ&pg=PA18
* [https://web.archive.org/web/20091122123801/http://www.janes.com/defence/news/jdw/jdw060720_1_n.shtml USN sets five-year target to develop electromagnetic gun] Jane's Defence Weekly, [[20 juli]] [[2006]]
* [http://blog.wired.com/gadgets/2007/01/us_navy_invents.html US Navy Invents Railgun] Wired News blog article, Thurs [[January 18]] [[2007]]
* [https://web.archive.org/web/20070118123231/http://www.popsci.com/popsci/technology/generaltechnology/64669aa138b84010vgnvcm1000004eecbccdrcrd.html Electromagnetic Railgun] Popular Science Article
* [https://web.archive.org/web/20130924063615/http://fredericksburg.com/News/Web/2007/012007/0130railgun Video of Navy railgun test firing], Navy Electromagnetic Launch Facility, Test Shot #1, [[2 oktober]] [[2006]]. Source: Fredericksburg.com, accessed [[30 januari]] [[2007]]
* [https://web.archive.org/web/20071116024805/http://www.popularmechanics.com/technology/military_law/4231461.html World’s Most Powerful Rail Gun Delivered to Navy], [[14 november]] [[2007]]

===Afbeeldingen===
* [http://images.google.nl/images?hl=nl&num=10&as_epq=&as_oq=&as_eq=&lr=&cr=&as_ft=i&as_filetype=&as_qdr=all&as_occt=any&as_dt=i&as_sitesearch=&as_rights=&safe=images&q=railgun&um=1&ie=UTF-8&ei=k7bkSp6qIcnz-Qa0puXICQ&sa=X&oi=image_result_group&ct=title&resnum=1&ved=0CBMQsAQwAA Plaatjes van Google images]

[[Categorie:Artillerie]]
[[Categorie:Geweer]]
[[Categorie:Elektrotechniek]]