Was sind die leichtesten Quellen?

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Ich frage mich, ob es eine Feder gibt, die stark und leicht genug ist, um eine luftdichte Membran aufzublasen, damit sie bei Standardtemperatur und -druck schwimmt.

Zum Beispiel würde ein 10-cm-Zylinder knapp 1 Gramm Luft verdrängen, aber eine zylindrische Feder müsste in dieser Konfiguration 162 kg atmosphärischer Kraft entgegenwirken. Gibt es so etwas wie eine 162 kg schwere 10 cm große Zylinderfeder, die weniger als 1 Gramm wiegt?

Aber das ist nur ein Federdesign. Welche Federkonstruktionen bieten im Allgemeinen das höchste Verhältnis von Rate zu Gewicht? Was sind die aktuellen praktischen Grenzen für die Federrate gegenüber der Federmasse und unter Verwendung welcher Materialien?

Fußnass
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Ich bin mir nicht sicher, ob ich Ihre Frage vollständig verstehe. Sie sprechen von einem "10cm Cilinder" und wie viel (Volumen) Luft er verdrängt, aber nicht alle Maße sind angegeben. Und woher kommen diese 162 kg? Wenn Sie eine Zeichnung hinzufügen können, sollte dies sehr hilfreich sein.
Vladimir Cravero
Ich denke, OP spricht möglicherweise von der Feder (die sich im Vakuum befindet), die eine Kraft auf eine Membran ausübt, wodurch das Volumen des Feder-Membran-Systems erhöht wird und das gesamte System schwimmfähig genug wird, um in der Luft zu schweben.
März Ho
@VladimirCravero: 10cm Zylinder ist 10cm Durchmesser und 10cm hoch. 162 kg stammen aus einem Standard-Luftdruck von ~ 1,033 kg / cm2, der auf der Ober- und Unterseite des Zylinders auf der einzigen komprimierbaren Abmessung im beschriebenen System liegt. MarchHo: genau richtig!
Füße nass
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Ist es nicht ziemlich offensichtlich, dass Heliumgas dabei ziemlich effektiv ist? Davon abgesehen verstehe ich die Frage nicht. Aus welchem ​​starren und dennoch schwerelosen Material besteht Ihr "Zylinder"?
Dave Tweed
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Nun, es gibt eine Antwort auf diese Frage, zumindest vom heutigen technischen Standpunkt aus: Nein. - Aber eine detaillierte muss erklären, warum. Die Unterfrage, welche die leichteste Quelle mit dem höchsten k ist, ist in Ordnung.
John HK

Antworten:

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Ich weiß, dass es bei Ihrer Frage um Federn geht, aber ich glaube nicht, dass Federn die Antwort auf Ihre gewünschte Anwendung sind.

Wie Sie bereits erwähnt haben, ist die nach innen gerichtete Kraft des Luftdrucks sehr groß. Sie benötigen also nicht nur eine starke Feder, sondern auch ein Material für die Verkleidung, das leicht ist und diese Art von Kräften aufnehmen kann. Außerdem müssten Sie die Luft evakuieren, die auf molekularer Ebene durch das Material eindringt. Es gibt gute Gründe, warum Flugzeuge, die leichter als Luft sind, ein Gas mit geringer Dichte im Ballon verwenden:

  1. Es sind keine außergewöhnlich starken und leichten Materialien erforderlich.
  2. Es gibt keine (oder sehr geringe) Druckdifferenz zwischen Innen und Außen und daher keine Tendenz, dass das Gas entweicht oder die Atmosphäre eindringt.

Es könnte Sie interessieren, den Wikipedia-Artikel über Vakuumluftschiffe zu lesen , insbesondere den Abschnitt über Materialbeschränkungen . Dies zeigt den Beweis, dass selbst bei Verwendung einer starken Form (Hohlkugel) aus Diamant die Drücke zu hoch sind, als dass die Struktur nach dem Verdünnen standhalten könnte, um leicht genug zu sein, um schwimmfähig zu werden.

Flugboot

Da dies unter diesen idealen Bedingungen nicht möglich ist, ist es unwahrscheinlich, dass eine Feder in einem Ballon möglich ist. Der Wikipedia-Artikel lässt jedoch die Möglichkeit offen, dass wenn die Wand der Kugel nicht fest wäre, beispielsweise wenn sie aus einer Wabenstruktur besteht, dies möglicherweise immer noch möglich ist.

Update: Anscheinend wurde die Mathematik durchgeführt, um zu zeigen, dass dies theoretisch möglich ist, aber es ist nicht klar, ob es erfolgreich implementiert wurde.

Jhabbott
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Zusammen mit meinem Mitautor habe ich die Mathematik (Finite-Elemente-Analyse) für eine Sandwichkugel mit Waben durchgeführt. Es ist möglich, einen Vakuumballon mit derzeit verfügbaren Materialien herzustellen. Bitte beachten Sie den Verweis auf unsere Patentanmeldung im Wikipedia-Artikel.
Akhmeteli
@akhmeteli oh wow, das ist sehr cool! Könnten Sie bitte die Frage bearbeiten, in der ich sagte "Ich habe keine Ahnung, ob jemand die Mathematik gemacht hat", um sich selbst als die Mathe und Ihre Schlussfolgerungen zu zitieren. Soweit ich den Kommentar in dem Artikel sagen kann , steht noch ... es kann möglich sein , aber noch nicht getan? Ihre Bearbeitung muss genehmigt werden, und Sie erhalten eine Wiederholung dafür. Oh, und willkommen bei Engineering.SE :)
Jhabbott
Vielen Dank für die netten Worte. Ich bin zwar kein großer Fan davon, etwas zu bearbeiten, aber wenn Sie Fragen haben, werde ich versuchen, diese zu beantworten.
Akhmeteli