Je možné postavit dokonale sférický pokles Prince Rupert '?

Kapky Prince Rupert jsou příkladem komponenty z tvrzeného křemičitého skla: jeho povrch má bylo chlazeno rychleji než jeho vnitřek. Temperování skla je důležité, protože sklu propůjčuje houževnatost, tj. schopnost odolat lomu při zatížení, což vysvětluje, proč lze kapku zasáhnout kladivem a přežít. Křemičité sklo, jak je běžné u jiných keramických materiálů vykazuje nestabilní šíření trhlin, když je pevnost v lomu překročena jeho napětím. Na rozdíl od většiny slitin vykazuje keramika velmi malou nebo žádnou plastickou deformaci. Když dosáhnou meze pružnosti, zlomí se. Takže pokud namáháte složka z křemičitého skla je příliš tvrdá, rychle se zlomí a najednou.

Skleněná kom Ponent může být temperován ochlazením jeho zevnějšku rychleji než jeho vnitřkem, takže v komponentě není rovnoměrné rozložení zbytkového napětí. Konkrétně, protože exteriér nejprve ztuhne, jeho hustota se nejprve zvětší a objem se zmenší, čímž se materiál vytáhne ven z interiéru. Poté, co interiér ztuhne s méně zbývajícím materiálem, táhne se dovnitř ven. Výsledným napětím je napětí v interiéru a komprese v exteriéru.

Trhliny se šíří pouze v případě, že je na trhlinu napětí v tahu. Pokud v trhlině zůstane zbytkové tlakové napětí, zůstane uzavřené, pokud nebude namáháno tahem. Protože tlakové napětí musí být překonáno před otevřením trhliny, je zapotřebí většího tahového napětí k šíření trhliny skrz součást z tvrzeného skla než součást bez tvrzeného skla. Pokud by se taková trhlina šířila kolem povrchu s neutrálním napětím mezi vnějškem a vnitřkem součásti, měla by špička trhliny napětí v důsledku zbytkového stavu napětí v interiéru. Taková trhlina by se začala šířit nestabilním způsobem, protože se uvolňují všechna zbytková napětí, což by vedlo k explozi skleněných střepů, protože všechny procházejí elastickým zotavením z nerovnoměrného rozložení napětí.

Ze všech z toho by mělo být zřejmé, že „dokonale“ sférická složka z tvrzeného skla je teoreticky možná, protože se vyžaduje pouze to, aby se vnější část skla ochladila rychleji než interiér, aby se dosáhlo požadovaného nerovnoměrného rozložení napětí při zachování požadovaný tvar. Kombinace gravitace a viskozity je příčinou ocasu v tradiční kapce prince Ruperta.Odstranění každé z těchto složek, například pomocí kapky vytvořené volným pádem uvolněním povrchového napětí volného povrchu „plovoucí“ skloviny skla, může tedy vést ke kouli viskózního skla. Relaxace může trvat dlouho a sklo musí být po celou dobu udržováno viskózní. Dalším krokem je rychlé ochlazení koule bez narušení jejího tvaru, což je nepochybně obtížné. Jeho postříkání tekutinami by způsobilo zvlnění povrchu a ponoření by vyžadovalo nekonečné pomalé posouvání, což by způsobilo nesprávný druh nerovnoměrného rozložení napětí. Jeho vystavení vakuu vesmíru by mohlo stačit, ale neprovedl jsem žádné výpočty tepelných ztrát vyzařovaných.

Požadovaným nastavením by pravděpodobně byla radiační pec ve vakuu vesmíru s blobem v něm plovoucí sklo bez relativní rychlosti. Trouba roztaví sklo, které se uvolní do koule. Trouba je vypnutá, dveře jsou otevřeny a trouba se rychle pohybuje od koule. Koule vyzařuje záření a ochlazuje povrch rychleji než interiér (nebo alespoň tak doufáme) a sklo je temperované, což má za následek pokles prostoru Prince Ruperta.

Komentáře

• Klíčovým aspektem temperovacího skla je, že hmotnost skla uvnitř temperované části kusu musí být menší, než kdyby byl kus jednoduše žíhán. V kapce PR, když se vnější část velké části kapky smrští, bude ocas poskytovat cestu, kterou může roztavené sklo odtékat; ocas pak ztuhne před vnitřkem kapky, čímž se zabrání tomu, aby sklo stékalo zpět, jak se kapka ochladí. Pokud by někdo ohřál celé sklo dobře nad žíhacím bodem, rychle zchladil exteriér na těsně nad žíhacím bodem, mírně rychle ochladil na těsně pod …
• … žíhací bod, a poté jej odtud relativně pomalu ochladil, aby se zabránilo prasknutí skla, mohlo by to skončit u skla, které bylo poněkud temperované, ale ne tak silné jako kapka prince Puperta ‚ protože exteriér chlazení by nebyl ‚ schopen “ vytlačit “ sklo z uvnitř.
• Jsem vůči vaší vakuové hypotéze trochu skeptický. Myslím, že dokonce i ve skle překonává přenos tepla konvekcí přenos tepla zářením.
• Zajímavý bod. Pokud v mikrogravitaci předpokládáme, že sklu je umožněno dosáhnout tepelné rovnováhy s pecí, pak by hnací silou pro konvekci byl radiální tlakový gradient. Všechno by to záviselo na tom, jak rychle se vytvoří vnější obal z vysoce viskózního skla v důsledku záření ve srovnání s tvorbou konvektivních toků. Představuji si, že by zcela dominovala velikost kapky. Větší kapky by měly čas na ustavení konvektivních toků (jako při železné katastrofě ve formaci Země ‚), menší kapky možná ne tolik. Přál bych si, abych měl čas na jeho modelování!

Myslím, že ocas se formuje jako výsledek toho, jak sklo spadne. Ve videu se roztavené sklo odděluje od zbytku hrudky a táhne se – jako Silly Putty nebo roztavený sýr mozzarella. Očekávám, že byste mohli alespoň zkrátit ocas řezáním mazlavého skla – ale existuje možnost, že by výsledek při ochlazení explodoval, jak je naznačeno v komentáři společnosti nivag.

Dostatečně sférické skleněné kuličky by byly docela těžké. Možná by to bylo možné pomocí střelecké věže nebo nějakého způsobu formování.

Již dříve bylo řečeno, že „dokonalá“ sféra nemůže existovat z hlediska strojírenství nebo výroby, ale při ignorování trivialit pojďme odpovědět na otázku. Pokles prince Ruperta je takový, že roztavené sklo je dostatečně viskózní, aby stékalo z vaší tyče a do kbelíku s vodou, což způsobilo, že sklo dostatečně rychle ochladilo, aby vytvořilo velké množství vnitřního napětí, což způsobí pověstný účinek výroby nerozbitné slzy.

I kdybyste rychle prut otočili, abyste neměli dlouhý ocas, stále by existovalo nějaké tenké tažení a vytvořilo by ocas. Může to být malé, ale stále by tam bylo. Pokud byste měli zájem na tom, aby to bylo sférickější, můžete si oholit ocas, ale jak víte, jediný zářez nebo narušení ocasu má za následek explozi pevného skla.

Nechte “ řekněme, že jste točili prutem způsobem (v kouzelném světě) tak, aby nebyl ocas. Pak byste neměli kapku prince Ruperta!

Odpověď na vaši otázku je ne, není možné vyrobit sférickou kapku prince Ruperta, protože by buď explodovala sklenice, nebo nemáš kapku, kterou jsi hledal.

A co tohle. Vytvořte kapku jako obvykle, ale použijte nejteplejší vodu, jakou můžete, abyste zpomalili vytváření napětí, které samozřejmě stále přetrvává.Zde je kritický krok …… experimentem snížit hloubku vody a nakonec kapku uvolnit přímo u vodní hladiny, což by mělo do určité míry snížit délku ocasu nebo ji prakticky eliminovat. kapka bude klesat mnohem sníženou rychlostí vzhledem k stavu beztíže ve vodě. Další věcí, kterou je třeba zvážit, by bylo ostříhat kapku těsně předtím, než spadne. Odstřižením kapky těsně předtím, než spadne, se ocas ochladí mnohem rychleji než hlava je prakticky vyloučena, takže hlava s vnitřními napětími není ohrožena křehkým ocasem.

Komentáře

• Ve skutečnosti se ocas tvoří ve vzduchu, než kapka dopadne na vodu.

Možná byste mohli vytvořit sféroid z roztaveného skla ve volném pádu, pak ho uhasit studeným plynem.

Navrhuji místo kapaliny chladný plyn, protože jej můžete „t“ upustit “do kapaliny při volném pádu a stříkat jej kapalina dostatečně rychle na rychlé zmrazení vnějšku by pravděpodobně zahrnovala asymetrické síly, které by narušily sféru, zatímco plyn by vyvíjel stejný tlak na všechny strany. To by musel být nějaký velmi studený plyn! Nevím, zda těžký plyn, jako je argon, zvyšuje tepelnou vodivost, nebo něco jako vodík nebo hélium může fungovat lépe.

Ocas nevypadá jako nezbytná vlastnost. Zdá se mi, že je to vytvořeno před uhasením viskozitou kapajícího skla, ne průchodem vodou. Ocas není rychle vytlačen z houbičky rychle se ochladícího skla; je již přítomen, vytvořen gravitací / roztažením před uhasením, a jen se ochladí v tomto tvaru ocasu.

Komentáře

• olověné koule jsou vyrobeny s touto technikou.

Není to dokonalá sféra, ale tak blízko, jak jsem se dostal .

Pozastavte ve vyhřívaném paprsku a poté pusťte. Hotovo.

Mírné pásmo musíte ovládat opatrně, je příliš horké a létá od sebe.

Komentáře

• Může popíšete, jak se chová ve srovnání s typickým poklesem s dlouhým ocasem? Můžete ukázat nějaké obrázky nebo video konečného výsledku?

Zapomeňte na „dokonalou“ sféru, ale nechápu, proč by nemohla být vyrobena v jakémkoli tvaru. Musíte jen rychle ochladit vnějšek. Zdá se, že si pamatuji, že pyrex je vyroben tímto způsobem, s vestavěnými napětími .. ale nemohl jsem najít odkaz. To může být užitečné.

Komentáře

• no “ perfect “ as v “ vhodné pro kuličková ložiska „. Moje pochybnosti vycházejí z ocasu, který se jeví jako klíčová součást a zdá se, že se mu nelze vyhnout.
• Vidím, že jsi v Itálii, zde v USA uvádí McMaster-Carr řadu skleněných koulí, některé v kuličkových ložiskách, některé z keramiky z nitridu křemíku. Tam, kde jste, by mělo být něco podobného. (Ocas je jen z toho, jak ‚ s … udělal pro sféru, kterou ‚ potřebujete formu nebo tak něco.)

Poté, co kapka Prince Rupert ztuhne, rychle se zkrátí. Pokud během tohoto procesu nebude mít sklo kam jít, způsobí to, že bude vnější část pod značným napětím, což prakticky zaručí, že praskne (prasklé sklo se vytvoří krátkým zchlazením celého skleněného kusu; vnější vrstva praskne) okamžitě, ale pokud jsou všechny kusy prasklého skla v kontaktu se sklem, které je stále roztavené, zůstane celý kus neporušený). I když je možné sklo ochladit dostatečně pomalu, aby se zabránilo praskání, dostatečné snížení maximálního zatížení v tahu, aby se zabránilo praskání, také sníží množství, o které lze takové zatížení posunout směrem k tlaku.

Tento problém může překonat relativně pomalým spuštěním skla do vody (ocas je stále připevněn k tyči, ze které pochází). To bude znamenat, že zatímco část vnější strany skla ztuhla a smršťuje se, kapalné sklo v střední část bude mít po většinu této kontrakce souvislou cestu tekutého skla, která vyčnívá z vody.

V určitém okamžiku bude sklo vstupující do vody tak tenké, že již nebude možné tekuté sklo protékat středem, ale v době, kdy k tomu dojde, se větší části skla stáhnou téměř stejně, jako se chystají, takže množství tekutého skla, které by bylo ještě třeba přemístit, aby nedošlo k vytvoření napětí bude docela malý, a tak podobně malé bude i napětí způsobené neschopností vytlačit z interiéru tekuté sklo.Pokud oblast skla, která je dostatečně silná, aby umožňovala tok kapaliny středem, překrývá oblast, která je dostatečně tenká, aby se při ochlazování nerozbila, může být kapka ochlazena na pokojovou teplotu bez předčasného selhání. Rovnoměrná sférická kulička však , neměl by kam vytlačit vnitřní kapalinu, aby zabránil tomu, že by tlak této kapaliny zlomil vnějšek.

Žádný ocas v nulové gravitaci. Dokud bude materiál udržován ve vyhřívaném prostředí, budete mít „téměř dokonalou“ sféru, pokud bude konstantní tlak a teplota a absence gravitace. Ochlazování by vedlo k podobným rovnoměrným napětím jako Rupertova kapka i když by účinek ocasu chyběl. Jakékoli zkreslení by mělo za následek „chybu“ a mělo by dopad na rovnoměrné namáhání a Rupertův Dropův efekt by neexistoval. V ideálním případě skončíte sférou „yourname“.

Ano, a bez spousty cizích informací to jednoduše udělejte pomocí Spacelab s nulovou gravitací pomocí vodního postřikovače.

Postup:

1. roztavit plovoucí skleněný blob pomocí několika plynových tryskových hořáků a ručně použít aerodynamickou sílu trysky k udržení blob relativně pevně v prostoru,

2. nasměřujte vodní kapky z několika vodních trysek, které byly pravděpodobně dříve uspořádány v radiálním vzoru s proudem proudu nasměrovaným do středu kulového tělesa.

Nepodstatné podrobnosti, které musí vypracovat kompetentní experimentátor.