Які найлегші пружини?

Мені цікаво, чи є пружина достатньо сильна і легка, щоб надути повітронепроникну мембрану, щоб вона плавала при стандартній температурі і тиску.

Наприклад, 10-сантиметровий циліндр змістив би трохи менше 1 грама повітря, але циліндрична пружина повинна протидіяти 162 кг атмосферної сили в цій конфігурації. Чи є така річ, як циліндрична пружина, що має величину 162 кг, має вагу менше 1 грама?

Але це лише одна весняна конструкція. Загалом, які весняні конструкції забезпечують найбільше співвідношення швидкості / ваги? Які поточні практичні обмеження щодо швидкості руху пружини проти весняної маси та використання яких матеріалів?

springs

— мокрості
джерело

Я не впевнений, що повністю розумію ваше запитання. Ви говорите про «10-ти сантиметровий циліндр» і про те, скільки (об’ємного) повітря він витісняє, але не всі розміри наведені. І звідки беруться ті 162 кг? Якщо ви можете додати малюнок, він повинен дуже допомогти.

— Володимир Креверо

Я думаю, що ОП може говорити про пружину (яка знаходиться у вакуумі), яка чинить силу на мембрану, що, таким чином, збільшує об'єм пружинно-мембранної системи, роблячи всю систему плаваючою, достатньою, щоб плавати у повітрі.

— Ho, березень

@VladimirCravero: циліндр 10 см діаметром 10 см і висотою 10 см. 162 кг виходить із стандартного барометричного тиску ~ 1,033 кг / см2, що знаходиться на верхній і нижній поверхнях циліндра, які є єдиним стисливим розміром у описаній системі. MarchHo: точно так!

— footwet

Хіба не очевидно, що газ гелій досить ефективний у цьому? Крім цього, я не розумію питання. З якого жорсткого, але невагомого матеріалу виготовлений ваш "циліндр"?

— Дейв Твід

Ну, є відповідь на це питання, принаймні з сьогоднішньої інженерної точки зору: Ні. - Але детальний повинен пояснити, чому. Підпитання, яке є найлегшою весною з найвищим k, добре.

— Джон ХК

Я знаю, що ваше питання стосується пружин, але я не думаю, що пружини - це відповідь на вашу бажану заяву.

Як ви вже згадували, внутрішня сила від тиску повітря дуже велика, тому не тільки вам потрібна міцна пружина, але і вам потрібен матеріал для обшивки, який легкий і може приймати такі сили. Крім того, вам потрібно буде евакуювати повітря, яке просочується через матеріал на молекулярному рівні. Є вагомі причини, коли легші літаки використовують газ низької щільності всередині повітряної кулі:

Немає вимоги до виключно міцних і легких матеріалів.
Не існує (або дуже низький) перепад тиску між внутрішньою і зовнішньою, а отже, немає тенденції до виходу газу або проникнення атмосфери.

Можливо, вам буде цікаво прочитати статтю Вікіпедії про вакуумні дирижаблі , зокрема розділ про матеріальні обмеження . Це свідчить про те, що навіть використовуючи алмаз міцної форми (порожниста сфера), тиск є надто великим, щоб конструкція витримала, коли ви розріджуєте її, щоб бути достатньо легкою, щоб стати плавучою.

Літаючий човен

Враховуючи, що в цих ідеальних умовах це неможливо, здається, що пружина в повітряній кулі була б малоймовірною. Однак стаття у Вікіпедії залишає відкритою можливість, що якщо стіна сфери не була суцільною, наприклад, якщо вона була виготовлена з сотової структури, то це все-таки можливо.

Оновлення: Мабуть, математика була зроблена, щоб показати, що це можливо в теорії, але не ясно, чи було успішно реалізовано.

— джаббот
джерело

Разом зі своїм співавтором я зробив математику (аналіз кінцевих елементів) для сендвіч-сфери з сотами. Можливе виготовлення вакуумної кулі з наявними на даний момент матеріалами. Будь ласка, дивіться посилання на нашу заявку на патент у статті Вікіпедії.

— akhmeteli

@akhmeteli о, ух, це дуже круто! Скажіть, будь ласка, відредагуйте питання, де я сказав: "Я не маю уявлення, чи хтось зробив математику", щоб сказати собі, що ви зробили математику та які були ваші висновки. Наскільки я можу сказати, коментар у статті все ще стоїть ... це може бути можливо, але ще цього не було зроблено? Ваша редакція повинна бути затверджена, і ви отримаєте кілька представників. О, і ласкаво просимо до Engineering.SE :)

— jhabbott

Дякую за добрі слова. Я не є великим прихильником редагування нічого, але якщо у вас є питання, я спробую відповісти.

— akhmeteli