Küsimus:
Kas on võimalik ehitada täiesti sfääriline prints Ruperti tilk?
Vladimir Cravero
2015-01-21 21:10:36 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Prints Ruperti tilgad on klaasist esemed, mis on loodud sula klaasi tilgutamisel külma vette. Kui tilga väliskülg jahtub kiiresti, jääb seest pikemaks ajaks kuumaks. Kui see lõpuks jahtub, kahaneb see, tekitades pinnale väga suured survetugevused.

courtesy of wikipedia

Tulemuseks on omamoodi karastatud klaas: saate langetuspea vasardada kahjustamata, kuid saba kriimustus viib plahvatusliku lagunemiseni. Vaadake seda videot.

Niisiis, kas sfäärilisi prints Ruperti tilku on võimalik ehitada? Ja kui jah, siis kuidas? Üks rakenduse näide on traditsiooniliste kuullaagrikera asendaja. Parandatakse kulumiskindlust ja talutavaid maksimaalseid koormusi ning klaaskuul maksaks nagunii vähem.

Ma pole kindel, aga kahtlen. Saba on tingitud klaasi kiirusest jahtumisel. Ma kahtlustan, et kui see õnnestus ilma sabata moodustada, põhjustab jääkrõhk selle purunemise, umbes nagu saba murdmisel.
Ma tõesti imestan selle mõju üle, kui vabaneda kukkumisest (ilma raskusjõuta) ja seejärel vette kiiresti uputada.
Mis juhtuks, kui pärast tilga moodustamist ja jahtumist laseksite saba soojendada ja sulatada - sarnaselt sellele, kuidas klaasipuhurid viimistlevad tükke, sulatades purunemisjälgi. Kas sisemise pinge muutus põhjustaks selle purunemise, nagu oleksite saba murdnud, või käituks see kuumutamisest tingitud suhteliselt aeglase pingemuutuse tõttu, mitte selle napsamise tõttu teisiti?
@SF: Ilma raskusjõuta ei toimu vabalangemist ja pärast objekti vabastamist jääks see lihtsalt oma kohale.
@Olin: Sa nokitsed. Vabalangemine kui levinud mõiste "kaaluta olek", raskusjõu puudumine või gravitatsioonijõud tühistati (sobiva kiirenduse kaudu) kohalikus tugiraamistikus. Jah, objekt püsiks paigal VÕI liiguks püsikiirusel kindlas suunas. Eelkõige ujuva veekildu suunas.
@Tom: PR-tilga sabas olevale klaasile mõjuvad tõmbetugevus ja õhuke jõud. Mingist saba kohast möödudes oleks klaasi nihketugevus iseenesest piisav tõmbetugevuste talumiseks, nii et klaasist kaugemale sulatades poleks tõenäoliselt mingit mõju. Sellest lähemal oleks klaasiosa, mida enam sabapoolelt ei tõmmatud, lõikepind tugevusest vastu pidamiseks ebapiisav. Niipea kui üks osa väliskülje lähedal ebaõnnestub, jagunevad osad pea poole, kus pinge ületab tugevust ...
... veelgi suurem summa kukuks läbi ka sisuliselt koheselt, põhjustades kogu tüki plahvatuse.
Kuna sula klaas on elektrit juhtiv, ei tea, kas oleks võimalik induktsioonkütteseadet kasutades klaasi tükki kuumutada ja leviteerida, kuni see muutub ümmarguseks, ja seejärel vette lasta.
Kümme vastused:
#1
+16
wwarriner
2015-06-27 04:21:43 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Prints Ruperti tilgad on karastatud räniklaasikomponendi näide: selle pinda on sisemusest kiiremini jahutatud. Prillide karastamine on oluline, kuna see annab klaasile sitkuse, s.t võime koormuse all murdumisele vastu seista, mis seletab, miks tilka saab haamriga lüüa ja ellu jääda. Ränidioksiidklaasil, nagu teiste keraamiliste materjalide puhul tavaline, on pragude levik ebastabiilne, kui selle purunemiskindlus ületab pingeseisundit. Erinevalt enamiku sulamitest on keraamika plastiline deformatsioon väga väike või puudub. Elastse piiri saavutades nad murduvad. Nii et kui rõhutate ränidioksiidklaasist komponenti liiga tugevalt, puruneb see kiiresti ja korraga.

Klaaskomponenti võib karastada, jahutades selle välisilmet kiiremini kui sisemust, nii et jääks ebaühtlane jääk pingejaotus komponendis. Täpsemalt, kuna välisosa tahkestub kõigepealt, siis selle tihedus suureneb ja maht kõigepealt väheneb, tõmmates materjali sisemusest väljapoole. Siis, kui sisemus tahkub vähem järelejäänud materjaliga, tõmbub see välisküljele sissepoole. Sellest tulenev pingeseisund on pinge siseruumides ja kokkusurumine välisküljel.

Lõhed levivad ainult siis, kui üle pragu on tõmbepinge. Kui üle pragu on järelejäänud survetugevus, jääb see suletuks, kui seda pinges ei pinguta. Kuna survetugevus tuleb enne mõra avanemist ületada, kulub mõra levitamiseks läbi karastatud klaasikomponendi suurem tõmbepinge kui karastamata komponendil. Kui selline pragu leviks mööda komponendi väliskülje ja sisemuse vahelist neutraalse pingega pinda, oleks pragu otsa siseruumi jääkpingeseisundi tõttu pinge all. Selline pragu hakkaks ebastabiilselt levima, kuna kõik jääkpinged vabanevad, mille tulemuseks on klaasikildude plahvatus, kuna need kõik taastuvad ebaühtlasest pingejaotusest elastselt.

Kõigist sellest peaks olema ilmne, et teoreetiliselt on võimalik "täiuslikult" sfääriline karastatud klaasikomponent, kuna nõutava ebaühtlase pingejaotuse saamiseks on vajalik, et klaasi välisosa jahtuks kiiremini kui sisemus, säilitades samas soovitud kuju. Traditsioonilise prints Ruperti languses on saba põhjuseks gravitatsiooni ja viskoossuse kombinatsioon. Seetõttu võib kõigi nende komponentide eemaldamine, näiteks vabalangemisel tekkiva tilga abil, mis tuleneb "hõljuva" klaaspleki vaba pinna pinget leevendamisest, tulemuseks viskoosse klaasi kera. Lõdvestumine võib võtta kaua aega ja klaas peab olema kogu aeg viskoosne. Järgmine samm on sfääri kiire jahutamine selle kuju rikkumata, mis on küll keeruline. Vedelike pihustamine põhjustaks pinnal lainetusi ja sukeldumine nõuaks selle lõpmatult aeglast liikumist, mis põhjustaks vale ebaühtlast pingejaotust. Ruumi vaakumisse viimine võib olla piisav, kuid ma ei ole kiirguskadude arvutusi teinud.

Soovitud seadistus oleks tõenäoliselt ruumi vaakumis asuv kiiritusahi, kus hõljuks klaasilaik suhtelise kiiruseta. Ahi sulatab klaasi, mis lõdvestub keraks. Ahi on välja lülitatud, uks avatakse ja ahi liigub kerast kiiresti eemale. Sfäär kiirgab kiirgust, jahutades pinda kiiremini kui sisustus (või nii loodame) ja klaas karastatakse, mille tulemuseks on prints Ruperti kosmosetilk.

Karastatud klaasi põhiaspekt on see, et klaasi mass tükkis karastatud osa sees peab olema väiksem kui siis, kui tükk lihtsalt lõõmutati. PR-tilga korral, kui tilga suure osa välimine osa kokku tõmbub, saab saba tee, mille kaudu sulaklaas saab välja voolata; siis taheneb saba enne tilga sisekülge, takistades seeläbi klaasi tagasivoolu, kui tilk jahtub. Kui peaksite kogu klaasi kuumutama tublisti lõõmutamiskoha kohal, jahutage väliskülg kiiresti lõõmutuskoha kohal, jahutage see mõõdukalt kiiresti veidi alla
... lõõmutamiskoht ja jahutas selle seejärel sealt suhteliselt aeglaselt, et vältida klaasi pragunemist, võib lõppeda klaasiga, mis oli küll mõnevõrra karastatud, kuid mitte nii tugev kui prints Puperti tilk, kuna jahutav välisilme ei tahtnud t suutma klaasi sisemusest välja pigistada.
Olen teie vaakumhüpoteesi suhtes veidi skeptiline. Ma arvan, et isegi klaasist võidab konvektsiooniga soojusülekanne kiirguse kaudu soojusülekannet.
Huvitav punkt. Mikrogravitatsioonis, kui eeldame, et klaasil lastakse saavutada ahjuga termiline tasakaal, oleks konvektsiooni liikumapanev jõud radiaalrõhu gradiend. See kõik sõltub sellest, kui kiiresti moodustub kiirguse tõttu väga viskoosse klaasi väliskest võrreldes konvektiivsete voogude moodustumisega. Kujutan ette, et selles domineeriks täielikult tilga suurus. Suurematel tilkadel oleks aega konvektiivsete voogude loomiseks (nagu Maa moodustumise rauakatastroofi korral), väiksematel tilkadel võib-olla mitte nii palju. Ma soovin, et mul oleks aega seda modelleerida!
#2
+5
Matthew
2015-01-26 02:59:45 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ma arvan, et saba tekib klaasi langemise tagajärjel. Videol eraldub sulanud klaas ülejäänud tükist ja venib - nagu Silly Putty või sula mozzarella juust. Ma eeldan, et saaksite karusnaha klaasi lõikamisega vähemalt saba lühendada - kuid on võimalus, et tulemus plahvataks jahutamisel, nagu nivagi kommentaaris soovitatakse.

Piisavalt kerakujuliste klaaskuulidega oleks päris keeruline. Võib-olla saab seda teha lasketorni kontseptsiooni või mingisuguse vormimismeetodi abil.

#3
+5
Zachary Ryan Brounstein
2015-01-26 08:41:48 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Varem öeldi, et täiuslikku sfääri ei saa eksisteerida inseneritöö või tootmise osas, kuid tühistades triviaalsusi, vastame küsimusele. Prints Ruperti tilk on selline, et sulanud klaas on piisavalt viskoosne, et see teie varda küljest ja ämbrisse vette vajuks, põhjustades klaasi piisavalt kiiresti jahtuda, et tekitada suurtes kogustes sisepingeid, mis põhjustab purunematu pisara tekitamise kuulsat mõju.

Isegi kui peaksite varda kiiresti keerutama, et teil poleks pikka saba, on siiski olemas õhuke lohistamine ja saba. See võib olla väike, kuid siiski oleks olemas. Kui oleksite huvitatud selle sfäärilisemaks muutmisest, võiksite mõelda saba otsast maha raseerimisele, kuid nagu teate, põhjustab üks hüüd või sabaotsa häirimine tahke klaasiplahvatuse.

Oletame sa ketrasid varda viisil (maagilises maailmas) nii, et saba ei olnud. Siis poleks teil prints Ruperti tilka!

Vastus teie küsimusele on eitav, sfäärilist prints Ruperti tilka pole võimalik teha, sest kas klaas plahvataks või lihtsalt ei omage tilka, mida otsisite.

#4
+5
Walter Quigley
2015-03-21 14:37:24 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Mis sellest saab. Looge tilk nagu tavaliselt, kuid kasutage kõige kuumemat vett, et aeglustada loomulikult pingete teket. Siin on kriitiline samm ...... vähendage katsetades vee sügavust ja lõpuks vabastage tilk otse veepinnal, mis peaks mingil määral vähendama saba pikkust või selle praktiliselt kõrvaldama. Vesi langeb kaalukausilt palju väiksema kiirusega. Teine asi, mida tuleks kaaluda, oleks tilga nuusutamine vahetult enne langemist. Niputades tilka vahetult enne selle langemist, on peast palju kiiremini jahtuv saba praktiliselt elimineeritud ja nii ei riku habras saba pead koos sisemiste pingetega.

Tegelikult tekib saba õhus enne, kui tilk vette satub.
#5
+5
Him
2015-06-26 23:54:31 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Võib-olla võiksite vabalangemisel moodustada sulaklaasist sferoidi, seejärel kustutada see külma gaasiga.

Soovitan vedeliku asemel külma gaasi, kuna te ei saa seda „tilgutada“ vedelik vabalangemisel ja selle välimine kiireks sügavkülmutamiseks piisavalt kiiresti vedelikuga kaasneks tõenäoliselt asümmeetrilisi jõude, mis moonutaksid sfääri, gaas aga avaldaks kõigile külgedele võrdset survet. See peaks olema väga külm gaas! Ma ei tea, kas selline raske gaas nagu argoon suurendab soojusjuhtivust või midagi muud nagu vesinik või heelium võiks paremini töötada.

Saba ei tundu vajalik funktsioon. Mulle tundub, et see tekkis enne kustutamist tilkuva klaasi viskoossuse, mitte vee läbipääsu tõttu. Saba ei ole kiiresti jahutatava klaasi plekist välja pressitud; see on juba olemas, moodustunud gravitatsioonist / venitusest enne venitamist ja lihtsalt jahutab selles sabakujus.

selle tehnikaga tehakse pliipalle.
#6
+2
Shawn
2015-08-19 03:54:58 UTC
view on stackexchange narkive permalink

See pole täiuslik kera, vaid nii lähedal kui ma olen saanud.

Peatage kuumutatud joaga ja laske siis alla. Valmis.

101

Peate parasvöötme hoolikalt kontrollima, liiga kuum ja see lendab laiali.

Kas oskate kirjeldada, kuidas see käitub võrreldes pika sabaga tüüpilise tilgaga? Kas saate näidata tulemusi või videot lõpptulemusest?
#7
+1
George Herold
2015-01-21 23:51:00 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Unustage hästi "täiuslik" kera, kuid ma ei saa aru, miks seda ei saaks teha mis tahes kujul. Väljas peate lihtsalt kiiresti jahtuma. Tundub, et meenutan, et pürex tehakse sellisel viisil, sisseehitatud pingetega .. aga ma ei leidnud linki. See võib olla kasulik.

hästi "täiuslik" nagu "sobib kuullaagritele". Minu kahtlused pärinevad sabast, see näib olevat võtmekomponent ja seda pole võimalik vältida.
Ma näen, et olete Itaalias, siin USA-s loetleb McMaster-Carr mitmeid klaaskuule, mõned kuullaagrites, mõned ränidiitriidi keraamikast. Seal, kus sa oled, peaks olema midagi sarnast. (Saba on lihtsalt sellest, kuidas see on tehtud ... sfääri jaoks vajate vormi või midagi.)
#8
+1
supercat
2015-09-29 02:38:56 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Pärast seda, kui prints Ruperti piisk välimine osa tahkub, tõmbub see kiiresti kokku. Kui selle protsessi käigus pole klaasil kuhugi minna, põhjustab see väljastpoolt märkimisväärset pinget, mis tagab praktiliselt selle pragunemise (pragunemisklaas tekib kogu klaasitüki lühiajalisel kustutamisel; väliskiht praguneb) kohe, kuid kui kõik pragunenud klaasitükid puutuvad kokku veel sulanud klaasiga, jääb kogu tükk puutumata). Ehkki klaasi on võimalik pragunemise vältimiseks piisavalt aeglaselt jahutada, vähendab tõmbetippkoormuse piisav vähendamine pragunemise vältimiseks ka kogust, mille võrra saab sellist koormust survestatavaks muuta.

Sellest raskusest võidakse üle saada. langetades klaasi suhteliselt aeglaselt vette (saba on endiselt kinnitatud varda külge, kust see tuli). See tähendab, et kui osa klaasi välisküljest on tahkestunud ja tõmbub kokku, on keskel asetseval vedelal klaasil suurema osa selle kokkutõmbumise ajal pidev vedela klaasi tee, mis ulatub veest välja.

Ühel hetkel on vette sisenev klaas nii õhuke, et vedel klaas ei saa enam keskelt läbi voolata, kuid selleks ajaks on klaasi suuremad osad kokku tõmbunud peaaegu sama palju kui nad nii läheme tagasi, nii et vedelklaasi kogus, mis tuleb pingete tekitamise vältimiseks ikkagi välja tõrjuda, on üsna väike ja seega on ka väike kogus pingeid, mis tekivad suutmatusest enam vedelat klaasi siseruumidest välja tõrjuda. Kui klaasi piirkond, mis on piisavalt paks, et vedelik voolaks läbi keskosa, kattub piisavalt õhukese piirkonnaga, et vältida jahtumisel purunemist, võib tilga jahutada toatemperatuurini ilma enneaegse purunemiseta. Ühtlasel kerakujulisel plekil poleks aga kuhugi sisemist vedelikku välja tõrjuda, et vältida selle vedeliku rõhu välist purunemist.

#9
  0
randymcd53
2015-08-03 20:37:31 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Nullgravitatsioonis pole saba. Kuni materjali hoitakse kuumutatud keskkonnas, on teil kera "peaaegu täiuslik", kui rõhk ja temperatuur ning raskusjõu puudumine on konstantsed. Jahutamine tooks kaasa sarnased ühtlased pinged kui Rupert's Dropil, ehkki saba mõju puuduks. Mis tahes moonutused tooksid kaasa "vea" ja mõjutaksid ühtlast pinget ning Rupert's Drop'i efekti poleks olemas. Ideaalses idees , jõuaksite sfäärini "oma nimi".

#10
  0
ttonon
2020-07-03 20:41:16 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Jah ja ilma palju kõrvalist teavet tehke seda lihtsalt nullgravitatsiooniga Spacelab'is, pihustades vett.

Protseduur:

  1. sulatage ujuv klaasplekk paari gaasipõletiga ja käsitsi joa aerodünaamilise jõu abil, et hoida plekk ruumis suhteliselt fikseeritud,

  2. suunake veepiiskade pihusti mitu veedüüsi, mis on võib-olla varem paigutatud radiaalse mustriga, pihustusvool suunatakse sfäärilise pleki keskele.

Mittevajalikud üksikasjad, mille peab välja töötama pädev katsetaja.



See küsimus ja vastus tõlgiti automaatselt inglise keelest.Algne sisu on saadaval stackexchange-is, mida täname cc by-sa 3.0-litsentsi eest, mille all seda levitatakse.
Loading...