Какие самые легкие источники?

13

Мне интересно, есть ли достаточно сильная и легкая пружина, чтобы надувать воздухонепроницаемую мембрану, чтобы она плавала при стандартной температуре и давлении.

Например, 10-сантиметровый цилиндр вытеснит чуть менее 1 грамма воздуха, но цилиндрическая пружина должна будет противостоять 162 кг атмосферной силы в этой конфигурации. Есть ли такая вещь, как цилиндрическая пружина 162 кг весом 10 см, которая весит менее 1 грамма?

Но это всего лишь один весенний дизайн. В целом, какие конструкции пружин обеспечивают самое высокое соотношение скорости и веса? Каковы текущие практические ограничения по скорости пружины в сравнении с массой пружины и с использованием каких материалов?

feetwet
источник
Я не уверен, что полностью понимаю ваш вопрос. Вы говорите о «10 см цилиндре» и о том, сколько (объем) воздуха он вытесняет, но даны не все размеры. И откуда эти 162 кг? Если вы можете добавить рисунок, это должно очень помочь.
Владимир Краверо
Я думаю, что OP может говорить о том, что пружина (которая находится в вакууме) прилагает усилие к мембране, что, следовательно, увеличивает объем системы пружина-мембрана, делая всю систему достаточно плавучей, чтобы плавать в воздухе.
март, хо
@VladimirCravero: 10 см цилиндр имеет диаметр 10 см и высоту 10 см. 162 кг происходит от стандартного атмосферного давления ~ 1,033 кг / см2, опирающегося на верхнюю и нижнюю поверхности цилиндра, которые являются единственным сжимаемым размером в описанной системе. MarchHo: совершенно верно!
ноги
1
Разве не очевидно, что газообразный гелий достаточно эффективен в этом? Кроме этого, я не понимаю вопроса. Из какого жесткого, но невесомого материала сделан ваш "цилиндр"?
Дэйв Твид
2
Ну, есть ответ на этот вопрос, по крайней мере, с сегодняшней инженерной точки зрения: нет. Но подробный должен объяснить, почему. Подвопрос, который является самым легким источником с самым высоким k, в порядке.
Джон Х.К.

Ответы:

4

Я знаю, что ваш вопрос касается пружин, но я не думаю, что пружины - это ответ на ваше желаемое приложение.

Как вы упомянули, внутренняя сила давления воздуха очень велика, поэтому вам нужна не только сильная пружина, но и материал для обшивки, легкий и способный выдерживать такие нагрузки. Кроме того, вам нужно будет эвакуировать воздух, который проникает через материал на молекулярном уровне. Есть веские причины, по которым воздушные суда легче воздуха используют внутри баллона газ низкой плотности:

  1. Нет никаких требований к исключительно прочным и легким материалам.
  2. Между внутренним и наружным перепадом давления (или очень низким) нет и, следовательно, нет тенденции к выходу газа или проникновению атмосферы.

Возможно, вам будет интересно прочитать статью Википедии о вакуумных дирижаблях , в частности, раздел о материальных ограничениях . Это показывает доказательство того, что даже при использовании прочной формы (полой сферы) из алмаза давление слишком велико, чтобы конструкция выдерживала его после утончения, чтобы он был достаточно легким, чтобы стать плавучим.

Летающая лодка

Учитывая, что в этих идеальных условиях это невозможно, кажется маловероятным, что пружина на воздушном шаре была бы возможна. Тем не менее, статья в Википедии оставляет открытой возможность того, что если стена сферы не будет твердой, например, если она сделана из сотовой структуры, то это все еще возможно.

Обновление: очевидно, математика была сделана, чтобы показать, что это возможно в теории, но не ясно, была ли она успешно реализована.

jhabbott
источник
Вместе с моим соавтором я сделал математику (анализ методом конечных элементов) для сэндвич-сферы с сотами. Возможно изготовление вакуумного баллона из доступных на данный момент материалов. Пожалуйста, смотрите ссылку на нашу заявку на патент в статье Википедии.
Ахметели
@ Ахметели Ого, это очень круто! Не могли бы вы отредактировать вопрос, где я сказал: «Я понятия не имею, делал ли кто-нибудь математику», чтобы указать, что вы сделали математику и какие у вас были выводы. Насколько я могу судить комментарий в статье до сих пор стоит ... это может быть возможно , но не было сделано до сих пор? Ваше изменение должно быть одобрено, и вы получите за него несколько повторений. О, и добро пожаловать в Engineering.SE :)
jhabbott
Спасибо за добрые слова. Я не большой поклонник редактирования чего-либо, но если у вас есть вопросы, я постараюсь ответить.
Ахметели