Como funcionam as armas eletromagnéticas – O canhão eletromagnético (ART4656)

A ideia de armas eletromagnéticas não é nova. Na verdade, o chamado “canhão de Gauss” tem sido abordado em inúmeros artigos e projetos, mas sempre de forma experimental, dada a dificuldade de se obter grande potência. Como funcionam essas armas? É possível termos esse tipo de arma de forma prática? É o que analisaremos neste artigo.

Os fenômenos elétricos sempre atraíram os inventores no sentido de usá-los no desenvolvimento de armas. Podemos citar como exemplo Tesla que teria empregados seus raios e outras descobertas na tentativa de criar armas poderosas.

Na sua biografia encontramos a citação de armas infalíveis, “raios da morte” que operariam segundo princípios da eletricidade. Podemos encontrar citações a armas nas biografias de diversos outros inventores.

No entanto, apesar de muitas terem se tornado práticas somente recentemente como o laser, existem outras que ainda estão por chegar e até já sendo anunciadas, se bem que de uma forma mais tímida.

Uma delas é o canhão eletromagnético que vêm de longe tendo sido, entretanto, até agora somente citados como brinquedos ou curiosidade.

Assim, podemos dar como exemplo nossos próprios artigos, em que descrevemos “canhões de brinquedo” se bem que até haja uma versão que pode ser montada de forma perigosa e que foi uma das últimas que publicamos e de que falaremos.

Vamos analisar o princípio de funcionamento que vem de vários projetos que publicamos e que estão disponíveis no site através dos links no final do artigo.

Numa primeira possibilidade, podemos pegar como exemplo um canhão eletromagnético que publicamos nos anos 60 e nossa série Eletrônica Para Juventude da revista Eletrônica Popular e depois em muitas outras, com aspecto mostrado na figura 1.

 

Figura 1 – Tipo simples (veja links)
Figura 1 – Tipo simples (veja links) | Clique na imagem para ampliar |

 

O princípio de funcionamento é o do solenoide. Uma bobina cria um forte campo magnético quando é percorrida por uma corrente, conforme mostra a figura 2.

 

Figura 2 – O solenoide.

 

A intensidade deste campo depende de diversos fatores como:

a) Número de espiras da bobina

b) Intensidade da corrente

c) Existência ou não de um núcleo no seu interior

 

Observa-se que se colocarmos nas proximidades de um solenoide um núcleo de material ferroso, que concentre as linhas do campo magnético, uma força aparece no sentido de puxar este núcleo para o interior da bobina, conforme mostra a figura 3.

 

Figura 3
Figura 3

 

 

A partir deste fato podemos elaborar dispositivos capazes de produzir força mecânica ao puxar um núcleo e que justamente são denominados solenóides.

 

Na figura 4 temos um exemplo de um solenoide comum.

 

Figura 4
Figura 4

 

 

Quando a bobina está desligada, a mola mantém o núcleo de material ferroso do solenoide fora do núcleo da bobina.

Quando fechamos o circuito e a bobina é percorrida por uma corrente o campo magnético criado puxa o núcleo (êmbolo) lançando o projétil para frente.

O principal problema deste tipo de canhão, e que talvez até agora tenha impedido a sua aplicação prática, é a obtenção de um campo magnético suficientemente potente para se lançar com a força necessária o projétil.

Conseguimos melhorar isso com um canhão que publicamos em diversos lugares, com destaque para o livro Mechatronics for the Evil Genius – TAB Books – 2005 em que empregamos um circuito de descarga capacitiva.

A foto do protótipo aparece na figura 5.

 

Figura 5 – Canhão potente – meu protótipo
Figura 5 – Canhão potente – meu protótipo

 

Nesta versão (veja o link para o artigo) um capacitor de valor muito alto, carregado com alta tensão, se descarregava através de uma bobina puxando com violência o êmbolo (parafuso) e assim, lançando longe o projétil.

Já era um aperfeiçoamento. No artigo eu sugeria uma configuração que passou a ser testada e que passou a ser chamada de canhão de Gauss pelo uso de campos magnéticos.

Numa primeira delas, inclusive vendida na forma de kits são usados imã poderosos de neodímio acelerando o projétil de metal. Numa segunda possibilidade são usados solenoides ou bobinas acionadas sequencialmente para acelerar o projétil de material ferroso, conforme mostra a figura 6.

 

Figura 6 – O acelerador do canhão de Gauss
Figura 6 – O acelerador do canhão de Gauss

 

Experimentos feitos mostram que é possível obter velocidades muito grandes para o projétil com efeitos destrutivos consideráveis.

No entanto, havia uma limitação: a fonte de energia. Os circuitos para alimentar as bobinas aceleradoras precisavam ser muito potentes, consumindo uma enorme quantidade de energia. Isso era uma séria limitação para a obtenção de armas portáteis ou móveis.

Mas, o desenvolvimento de novos componentes possibilitou a aplicação da ideia básica numa arma que recentemente foi anunciada como a primeira prática de uso portátil

A possibilidade veio com a criação do supercapacitor.

Assim, a revista New Scientist (que nem sempre é levada totalmente a sério – ressalvas devem ser feitas em relação à notícia), anunciou o primeiro rifle eletromagnético em agosto de 2021. (ver link para notícia no final do artigo)

Apresentado pela empresa Arcflash Labs de Los Angeles, ele consiste num conjunto de bobinas aceleradoras acionadas sequencialmente pela descarga de supercapacitores. (figura 7)

 

Figura 7 – O Rifle eletromagnético GR-1 ANVIL
Figura 7 – O Rifle eletromagnético GR-1 ANVIL | Clique na imagem para ampliar |

 

Não foram dados detalhes sobre a bateria que recarrega os supercapacitores, o tipo de circuito usado, pois as correntes devem ser muito intensas no momento da descarga, e qual o intervalo para isso, que determinaria a velocidade de repetição dos disparos.

Evidentemente, o princípio de funcionamento já está bem claro e as limitações para se desenvolver um projeto prático vão sendo vencidas. Com isso, acreditamos que, em breve, teremos armas bastante reduzidas em peso e tamanho para uso prático.

Se você está interessado em fazer experiências com este tipo de aplicação, certamente desejará saber como calcular a energia disponível num deles e que eventualmente seria transferida ao projeto na forma de energia cinética.

Mas, cuidado! Você vai se surpreender com os resultados teóricos, mesmo usando um pequeno supercapacitor comercial de 50F, por exemplo.

 

Link para a notícia original em inglês:

https://www.newscientist.com/article/2287028-handheld-railgun-as-powerful-as-an-air-rifle-to-go-on-sale-in-the-us/

 

Artigos no site:

Canhão Eletromagnético (ART1795a)

Construa um canhão eletromagnético (MEC120)

VTR061 – Trebuchet da Tecnologia – Primeiro rifle eletromagnético

 

 


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