Cañón de riel para niños
El cañón de riel es un tipo de arma que utiliza la electricidad para lanzar proyectiles de metal a velocidades muy altas. Funciona con campos magnéticos, que son fuerzas invisibles que atraen o repelen objetos, como los imanes.
No debe confundirse con el cañón Gauss, que también es un arma electromagnética, pero funciona de una manera diferente.
Contenido
¿Cómo funciona un cañón de riel?
El principio del motor homopolar
El cañón de riel se basa en un principio llamado "motor homopolar". Imagina dos barras de metal paralelas, llamadas "rieles". Por estas barras pasa una corriente eléctrica muy fuerte. El proyectil, que también es de metal y conduce la electricidad, se coloca entre los rieles, cerrando el circuito.
La fuerza que impulsa el proyectil
Cuando la corriente eléctrica pasa por los rieles y el proyectil, se crean campos magnéticos muy potentes. La interacción entre la corriente y estos campos magnéticos empuja el proyectil hacia adelante a lo largo de los rieles. Es como si una fuerza invisible lo lanzara a gran velocidad.
¿Por qué es difícil usarlo como arma?
Aunque la idea es muy interesante, usar un cañón de riel como arma es complicado. Necesita una cantidad enorme de energía para funcionar bien. Además, los equipos que generan esa energía, como las fuentes de alimentación y los condensadores, son muy grandes. Esto hace que sea difícil de transportar, especialmente para los soldados en tierra. A pesar de estos desafíos, la Armada de Estados Unidos ha estado investigando y probando estos cañones para equipar sus barcos.
Historia del cañón de riel
Los primeros diseños y patentes
En 1918, un inventor francés llamado Louis Octave Fauchon-Villeplee creó un "cañón eléctrico" que se parecía mucho a un motor lineal. En 1919, solicitó una patente en Estados Unidos, que le fue concedida en 1922. Su invento usaba dos barras conductoras paralelas y un proyectil con aletas que cerraba el circuito. Un campo magnético alrededor del aparato, junto con la corriente, impulsaba el proyectil.
El interés durante la Segunda Guerra Mundial
Durante la Segunda Guerra Mundial, la idea del cañón de riel resurgió en Alemania. Joachim Hänsler, de la Oficina de Armamentos, propuso un cañón antiaéreo eléctrico. Para finales de 1944, se había avanzado lo suficiente en la teoría como para que la Fuerza Aérea Alemana pidiera un diseño. Querían un cañón que disparara proyectiles a 2.000 metros por segundo, con 0,5 kg de explosivos. La idea era montar baterías de seis cañones que dispararan 12 veces por minuto. Sin embargo, este cañón nunca se construyó. Después de la guerra, los documentos sobre este proyecto despertaron mucho interés. Un estudio de 1947 concluyó que era posible, pero cada cañón necesitaría tanta energía como para iluminar la mitad de una gran ciudad.
Avances en Australia
En la década de 1950, el físico australiano Sir Mark Oliphant, director de una escuela de ingeniería en la Universidad Nacional de Australia, comenzó a diseñar y construir el generador homopolar más grande del mundo. Esta máquina, que podía almacenar 500 millones de julios de energía, se usó para alimentar un cañón de riel a gran escala. Este cañón se utilizó como una herramienta para la investigación científica.
¿Cómo se construye un cañón de riel?
Componentes principales
Un cañón de riel tiene dos rieles de metal paralelos conectados a una fuente de energía eléctrica. Cuando un proyectil que conduce electricidad se coloca entre los rieles, completa el circuito. Los electrones fluyen desde el lado negativo de la fuente de energía, pasan por el riel negativo, cruzan el proyectil, bajan por el riel positivo y regresan a la fuente.
La fuerza de Lorentz
Esta corriente eléctrica convierte el cañón de riel en un electroimán, creando un campo magnético muy fuerte alrededor de los rieles y el proyectil. Este campo magnético, combinado con la corriente que atraviesa el proyectil, produce una fuerza llamada "fuerza de Lorentz". Esta fuerza es la que acelera el proyectil a lo largo de los rieles. Los rieles también sienten fuerzas, pero como están bien sujetos, no se mueven. El proyectil se desliza y sale disparado.
Velocidad y desafíos del calor
Una fuente de energía que pueda entregar millones de amperios de corriente puede generar una fuerza enorme en el proyectil, lanzándolo a velocidades de varios kilómetros por segundo. Se han logrado velocidades de hasta 20 km/s con proyectiles pequeños. Sin embargo, el calor generado al disparar es tan intenso que puede dañar rápidamente los rieles. Por eso, sería necesario reemplazar los rieles con frecuencia o usar materiales muy resistentes al calor que también conduzcan la electricidad.
Materiales y diseño
Los rieles y los proyectiles deben ser muy resistentes y buenos conductores de electricidad. Los rieles tienen que soportar la fuerza del proyectil acelerándose y el calor de la fricción y la corriente. También deben resistir las fuerzas que intentan separarlos. La fuente de energía debe ser capaz de entregar una corriente muy grande, constante y controlada. En febrero de 2008, la mayor energía usada para un proyectil de cañón de riel fue de 32 millones de julios. Los condensadores y los alternadores de pulsos son las fuentes de energía más comunes para estos cañones.
Problemas con el calor
El calor es un gran problema. Se genera mucho calor por la electricidad que fluye por los rieles y por la fricción del proyectil. Este calor puede hacer que los equipos se derritan o se dañen. Los rieles y otros componentes se desgastan con cada disparo, lo que limita la vida útil del cañón de riel.
El cañón de riel como arma moderna
Proyectiles de alta velocidad
Los cañones de riel están siendo investigados para disparar proyectiles sin explosivos, pero a velocidades extremadamente altas. Por ejemplo, 3500 metros por segundo (aproximadamente 10 veces la velocidad del sonido). Para comparar, un fusil moderno dispara balas a unos 900 m/s. Esta velocidad tan alta le da al proyectil una energía de impacto enorme, incluso sin explosivos.
Ventajas militares
Esto permitiría a los barcos o tanques llevar más munición y eliminaría el riesgo de transportar explosivos. Además, al disparar a mayor velocidad, el proyectil tiene más alcance, cae menos y se desvía menos por el viento. Las armas convencionales tienen límites de velocidad y alcance debido a cómo funcionan con gases. Un cañón de riel podría superar esos límites.
Si se pudiera construir un cañón de riel automático de tiro rápido, tendría más ventajas. Un arma de fuego normal tiene que mover el proyectil y la carga explosiva, y luego sacar la vaina vacía. Un cañón de riel solo necesita mover el proyectil y no tiene vainas que extraer, lo que permitiría disparar más rápido.
Pruebas y desarrollo
Se han construido y probado modelos a escala real. Por ejemplo, la agencia DARPA de Estados Unidos desarrolló un cañón de 90 mm que generó 9 megajulios de energía. Todavía hay que resolver los problemas de desgaste de los rieles y los aislantes antes de que los cañones de riel puedan reemplazar la artillería tradicional.
En Yugoslavia, el Instituto de Tecnología Militar desarrolló un cañón de riel en 1985. En 1987, lograron que proyectiles de 0,7 gramos alcanzaran 3.000 m/s, y proyectiles de 1,1 gramos alcanzaran 2.400 m/s. Se dice que con modificaciones, pudo llegar a 4.500 m/s.
Las Fuerzas Armadas de Estados Unidos están invirtiendo en la investigación de cañones de riel. En la Universidad de Texas en Austin, se desarrolló un cañón de riel militar capaz de lanzar un proyectil de tungsteno con 9 megajulios de energía. Esa energía es suficiente para que un proyectil de 2 kg viaje a 3 km/s, lo que le permitiría atravesar un tanque.
El Centro Naval de Guerra de Superficie de Estados Unidos ha mostrado un cañón de riel de 8 megajulios que dispara proyectiles de 3,2 kg. Este es un prototipo para un arma de 64 megajulios que se planea instalar en buques de guerra. El mayor desafío es el desgaste del arma debido al calor. Se espera que estas armas sean tan potentes como algunos misiles, pero mucho más baratas. BAE Systems ya ha entregado un prototipo de 32 megajulios a la Marina.
Debido a su alta velocidad, también hay interés en usar cañones de riel para defenderse de misiles de alta velocidad.
El 31 de enero de 2008, la Armada de Estados Unidos probó un cañón de riel que disparó un proyectil con 10,64 megajulios de energía a 2.520 m/s. Se espera que en el futuro alcance más de 5,8 km/s, con la precisión suficiente para impactar un objetivo de 5 metros a más de 463 km de distancia, y disparar 10 veces por minuto. Se espera que esté listo entre 2020 y 2025.
El 30 de enero de 2012, un prototipo de la Oficina de Investigación Naval en Estados Unidos disparó un proyectil con unos 32 megajulios de energía, alcanzando una velocidad de 8.960 km/h, que es más de 7 veces la velocidad del sonido. Aunque este prototipo es solo el sistema de disparo y aún no tiene un sistema de puntería, se espera que pueda impactar objetivos a 180 km de distancia.
El cañón de riel en la ficción
Debido a su naturaleza experimental y futurista, el cañón de riel ha aparecido en muchas historias, películas y videojuegos:
- En la película Eraser, una empresa malvada diseña un fusil de riel para venderlo ilegalmente.
- En la película Transformers: la venganza de los caídos, un destructor de la Marina de Estados Unidos usa un prototipo de cañón de riel para destruir a un robot gigante.
- En la saga de videojuegos Quake, el cañón de riel es una de las armas más poderosas, capaz de destruir a la mayoría de los enemigos con pocos disparos.
- En la serie Stargate, las naves espaciales de la Tierra usan torretas de cañón de riel como su armamento principal.
- En el videojuego Parasite Eve II, se puede desbloquear un cañón de riel como arma secreta que causa mucho daño.
- En el videojuego Empires & Allies, algunos barcos y vehículos tienen cañones de riel.
- En el anime Black Cat, el protagonista, Train Heartnet, aprende a usar la electricidad de su cuerpo para convertir su pistola en un cañón de riel.
- En el anime To Aru Majutsu no Index y To Aru Kagaku no Railgun, el personaje Misaka Mikoto es apodada "Cañón de riel de Tokiwadai" porque puede lanzar proyectiles metálicos con una fuerza similar a la de un cañón de riel.
- En el manga One Piece, el personaje Eustass Kid usa sus poderes magnéticos para crear un cañón de riel llamado "Damned punk".
- En la serie de videojuegos Metal Gear Solid, el cañón de riel aparece en varias entregas como un arma poderosa, a menudo montada en tanques o usada por personajes.
- En el juego Warhammer 40.000, la raza alienígena Tau usa cañones de riel como su artillería principal en naves, tanques y armaduras de combate.
- En el videojuego Resident Evil 3: Nemesis, la protagonista Jill usa un cañón de riel para derrotar a un monstruo.
- En el MMORPG EVE Online, la raza Gallente usa principalmente cañones de riel en sus naves.
- En Halo 4, el Jefe Maestro tiene un cañón de riel llamado ARC-920.
- En el videojuego Metro 2033, el "Volt Driver" es un cañón de riel muy potente.
- En Grand Theft Auto V, se puede desbloquear un cañón de riel.
- En el DLC "Final Stand" de Battlefield 4, hay un cañón de riel como objeto coleccionable.
- En el videojuego Tanki Online, es una torreta que se puede adquirir.
- En el videojuego Unturned, se encuentran cañones de riel en zonas de radiación.
- En el videojuego World of Tanks, es el armamento principal del tanque T28 Defender.
- En la serie de televisión Salvation, se usa un cañón de riel para destruir un asteroide y un satélite.
- En la serie de televisión The Expanse, muchas naves espaciales, como la Rocinante, tienen cañones de riel.
- En el videojuego Atomic Heart, se puede fabricar un "fusil de riel" que dispara un rayo eléctrico.
- En los videojuegos Helldivers y Helldivers 2, el cañón de riel es un arma de apoyo muy efectiva contra enemigos blindados.
Véase también
En inglés: Railgun Facts for Kids
