Onko mahdollista rakentaa täysin pallomainen prinssi Rupert ' s pudotus?

Prinssi Rupertin pisarat ovat esimerkki karkaistusta piidioksidikomponentista: sen pinta on lasien karkaisu on tärkeää, koska se antaa lasille sitkeyttä, eli kykyä vastustaa murtumia kuormitettuna, mikä selittää miksi pisara voidaan lyödä vasaralla ja selviytyä. Muilla keraamisilla materiaaleilla halkeamien eteneminen on epävakaata, kun sen murtolujuus ylittää sen jännitystila. Toisin kuin useimmissa seoksissa, keramiikalla on hyvin vähän tai ei lainkaan plastista muodonmuutosta. Kun ne saavuttavat elastisen rajan, ne murtuvat. piidioksidikomponentti on liian kova, se murtuu nopeasti ja kerralla.

Lasikom Ponenttia voidaan lieventää jäähdyttämällä sen ulkopintaa nopeammin kuin sen sisäosaa, jolloin komponentissa on epätasainen jäännösjännitteen jakauma. Tarkemmin sanottuna, koska ulkopuoli kiinteytyy ensin, sen tiheys kasvaa ja tilavuus pienenee ensin vetämällä materiaalia sisäpuolelta. Sitten, kun sisustus kiinteytyy vähemmän jäljellä olevalla materiaalilla, se vetää sisäänpäin ulkopuolelta. Tuloksena oleva jännitystila on jännitys sisätiloissa ja puristus ulkoa.

Halkeamat etenevät vain, kun halkeaman kohdalla on vetojännitys. Jos halkeaman kohdalla on jäljellä oleva puristusjännitys, se pysyy suljettuna, ellei sitä kiristetä jännityksessä. Koska puristusjännitys on voitettava ennen halkeaman aukeamista, murtuman eteneminen karkaistun lasikomponentin läpi vaatii suuremman vetojännityksen kuin karkaistut komponentit. Jos tällainen halkeama etenisi komponentin ulko- ja sisäpuolen välisen neutraalijännityspinnan ohi, halkeaman kärki olisi jännittynyt sisätilan jäännösjännitystilan vuoksi. Tällainen halkeama leviäisi epävakaalla tavalla, kun kaikki jäännösjännitykset vapautuvat, mikä johtaisi lasinsirpaleiden räjähdykseen, koska ne kaikki palautuvat joustavasti epätasaisesta jännitysjakaumasta.

Kaikista tästä pitäisi olla ilmeistä, että ”täysin” pallomainen, karkaistu lasikomponentti on teoreettisesti mahdollista, koska vaaditaan vain tasainen lasin ulkopinta jäähtymään nopeammin kuin sisätilat vaaditun epätasaisen jännitysjakauman saavuttamiseksi, samalla kun ylläpidetään haluamasi muoto. Painovoiman ja viskositeetin yhdistelmä ovat hännän syy perinteisessä prinssi Rupertin pudotuksessa.Siksi kunkin mainitun komponentin poistaminen, esimerkiksi pudotuksella, joka on muodostunut vapaassa pudotuksessa ”kelluvan” lasimassan vapaan pinnan pintajännityksen rentoutumisen avulla, voi johtaa viskoosin lasin palloon. Rentoutuminen voi viedä kauan, ja lasia on pidettävä viskoosina koko ajan. Seuraava vaihe on pallon jäähdyttäminen nopeasti häiritsemättä sen muotoa, mikä on tosin vaikeaa. Nesteen ruiskuttaminen aiheuttaisi aaltoiluja pinnalle, ja upotus vaatii sen liikuttamista äärettömän hitaasti, mikä aiheuttaisi väärän tyyppisen epätasaisen jännitysjakauman. Sen altistaminen avaruuden tyhjiölle saattaa olla riittävä, mutta en ole tehnyt mitään laskelmia säteilylämmön menetyksestä.

Haluttu asetus olisi todennäköisesti säteilyuuni avaruuden tyhjössä, möykky. lasia kelluu siinä ilman suhteellista nopeutta. Uuni sulattaa lasin, joka rentoutuu palloksi. Uuni sammutetaan, ovi avataan ja uuni siirtyy nopeasti pois pallosta. Pallo lähettää säteilyä jäähdyttäen pinta nopeammin kuin sisustus (tai niin toivomme), ja lasi karkaistaan, mikä johtaa Prinssi Rupertin avaruuspudotukseen.

Kommentit

• Karkaisulasin keskeinen piirre on, että lasimassan on oltava karkaistun osan sisällä pienempi kuin jos kappale yksinkertaisesti hehkutettaisiin. PR-pudotuksessa, kun pisaran suuren osan ulkopuoli supistuu, hännän kautta muodostuu polku, jota pitkin sula lasi voi virrata ulos; pyrstö jähmettyy sitten ennen pisaran sisäpuolta estäen lasia virtaamasta takaisin sisään, kun pisara jäähtyy. Jos jokin lämmitettäisiin lasia selvästi hehkutuspisteen yläpuolelle, jäähdytä ulkopinta nopeasti juuri hehkutuspisteen yläpuolelle, jäähdytä se kohtuullisen nopeasti juuri alapuolelle …
• … hehkutuspiste, ja sitten jäähdytti sitä sieltä suhteellisen hitaasti estääkseen lasin murtumisen, saattoi päätyä lasiin, joka oli jonkin verran karkaistua, mutta ei yhtä vahvaa kuin prinssi Pupertin pudotus ’ koska jäähdytettävä ulkopinta ei ’ ei pysty ” puristamaan ” lasia sisustus.
• Olen hieman skeptinen tyhjiöhypoteesisi suhteen. Luulen, että jopa lasissa lämmönsiirto konvektiolla voittaa lämmönsiirron säteilyllä.
• Mielenkiintoinen asia. Mikäli oletetaan, että lasin annetaan mikropainopisteessä saavuttaa lämpö tasapaino uunin kanssa, konvektion liikkeellepaneva voima olisi ollut säteittäinen paineen gradientti. Se kaikki riippuisi siitä, kuinka nopeasti erittäin viskoosisen lasin ulkokuori muodostuisi säteilyn vaikutuksesta verrattuna konvektiivivirtausten muodostumiseen. Luulen, että pudotuksen koko hallitsisi sitä kokonaan. Suuremmilla pisaroilla olisi aikaa konvektiivisten virtausten muodostumiseen (kuten maapallon muodostamassa rautakatastrofissa ’), pienemmillä tippoilla ei ehkä niin paljon. Toivon, että minulla olisi aikaa mallintaa se!

Luulen, että hännän muoto muodostuu seurauksena lasi putoaa. Videossa sula lasi erottuu muusta paakusta ja venyy – kuten Silly Putty tai sula mozzarellajuusto. Oletan, että voit ainakin lyhentää häntä leikkaamalla hanhen lasin – mutta on mahdollista, että tulos räjähtää jäähtyessään, kuten nivagin kommentissa ehdotetaan.

Riittävän pallomaiset lasikuulat olisivat melko vaikea. Ehkä se voidaan tehdä käyttämällä ammuttu torni -konseptia tai jonkinlaista muovausmenetelmää.

Aikaisemmin todettiin, että ”täydellistä” palloa ei voi olla tekniikan tai valmistuksen kannalta, mutta jätä huomioimatta triviaalit, vastaakaamme kysymykseen. Prinssi Rupertin pudotus on sellainen, että sula lasi on tarpeeksi viskoosista pudotakseen sauvasi ja vesisäiliöön, jolloin lasi jäähtyy riittävän nopeasti aiheuttaen suuria määriä sisäistä jännitystä, mikä aiheuttaa kuuluisan vaikutuksen rikkoutumattomasta kyynelestä.

Vaikka pyörittäisit sauvaa nopeasti, jotta hänellä ei olisi pitkää häntä, jotkut ohut vetäminen olisi silti olemassa ja tekisi hännän. Se voi olla pieni, mutta se olisi silti siellä. Jos olisit kiinnostunut tekemään siitä pallomaisemman, saatat ajatella ajelevan hännän päätä, mutta kuten tiedät, yksi lika tai hännän häiritseminen johtaa kiinteään lasiräjähdykseen.

Anna ” sanotaan, että pyöritit sauvaa tavalla (maagisessa maailmassa) niin, ettei häntä ollut. Silloin sinulla ei olisi prinssi Rupertin pudotusta!

Vastaus kysymykseesi on ei, pallomaista prinssi Rupertin pudotusta ei voida tehdä, koska joko lasi räjähtää tai sinulla ei yksinkertaisesti ole etsimääsi pudotusta.

Entä tämä. Luo tippa tavalliseen tapaan, mutta käytä kuumin vettä, jotta voit hidastaa jännitysten syntymistä, joita tietysti vielä esiintyy.Tässä on kriittinen vaihe …… pienennä veden syvyyttä kokeilemalla ja lopuksi vapauta pisara aivan veden pinnalla, jonka pitäisi jossain määrin vähentää hännän pituutta tai käytännössä eliminoida se. pudotus putoaa huomattavasti alennetulla nopeudella, kun otetaan huomioon vedessä oleva puolipainoton tila. Toinen asia, joka on otettava huomioon, on pudottaa tippa juuri ennen kuin se putoaa. Napsauttamalla pisara juuri ennen kuin se putoaa, hännän, joka jäähtyy paljon nopeammin kuin pää on käytännöllisesti katsoen eliminoitu, joten hauras häntä ei uhkaa pään sisäisiä jännityksiä.

Kommentit

• Itse asiassa hännän muodot ilmassa ennen kuin pisara osuu veteen.

Ehkä voisit muodostaa sulasta pallopallon vapaassa pudotuksessa sammuta se sitten kylmällä kaasulla.

Ehdotan kylmää kaasua nesteen sijasta, koska sitä ei voi ”pudottaa” nesteeseen vapaassa pudotuksessa ja roiskuttamalla siihen neste, joka on riittävän nopea pakastamaan ulkopinnan, johtaisi todennäköisesti epäsymmetrisiin voimiin, jotka vääristävät palloa, kun taas kaasu kohdistaisi yhtä suurta painetta kaikilla puolilla. Sen pitäisi olla erittäin kylmää kaasua! En tiedä, lisääkö raskas kaasu, kuten argon, lämmönjohtavuutta vai voisiko jokin vety tai helium toimia paremmin.

Häntä ei tunnu tarpeelliselta ominaisuudelta. Minusta näyttää siltä, että se muodostuu ennen sammutusta tippuvan lasin viskositeetin, ei veden läpi kulkemisen kautta. Hännää ei puristeta nopeasti nopeasti jäähtyvän lasin läpästä; se on jo läsnä, muodostettu painovoimalla / venyttämällä ennen sammutusta ja vain jäähtyy siinä hännän muodossa.

Kommentit

• lyijypallot tehdään tällä tekniikalla.

Se ei ole täydellinen pallo, mutta niin lähellä kuin olen saanut .

Keskeytä lämmitetyssä suihkussa ja pudota sitten. Valmis.

Lämpötilaa on hallittava huolellisesti, liian kuumana ja se lentää erilleen.

Kommentit

• voi kuvaat miten se käyttäytyy verrattuna tyypilliseen pisaraan, jossa on pitkä pyrstö? Voitteko näyttää kuvia tai videoita lopputuloksesta?

Kun prinssi Rupertin pudotus on jähmettynyt, se supistuu nopeasti. Tämän prosessin aikana, jos sisällä olevaa lasia ei ole missään mennä, se aiheuttaa ulkopuolelle merkittävän jännityksen, mikä takaa käytännössä sen halkeilun (halkeilulasi muodostuu sammuttamalla koko lasikappale lyhyesti; ulkokerros murtuu) välittömästi, mutta jos kaikki säröillä olevat lasikappaleet ovat kosketuksessa vielä sulan lasin kanssa, koko kappale pysyy ehjänä). Vaikka lasia on mahdollista jäähdyttää tarpeeksi hitaasti halkeilun estämiseksi, pienen vetolujuuden pienentäminen riittävästi halkeilun estämiseksi vähentää myös määrää, jolla tällaista kuormaa voidaan siirtää kohti puristusta.

Tämä vaikeus voi aiheuttaa lasku laskeutuu suhteellisen hitaasti veteen (häntä on edelleen kiinni sauvassa, josta se tuli) .Tämä tarkoittaa, että vaikka osa lasin ulkopinnasta on jähmettynyt ja supistumassa, keskellä on suurimman osan tästä supistumisesta jatkuva nestemäisen polun suunta, joka ulottuu vedestä.

Jossain vaiheessa veteen tuleva lasi on niin ohut, että se ei ole enää mahdollista nestemäistä lasia virtaamaan keskustan läpi, mutta siihen mennessä, kun se tapahtuu, suuremmat lasin osat ovat supistuneet melkein yhtä paljon kuin ne menevät, joten nestemäisen lasin määrä, joka olisi vielä siirrettävä, jotta vältetään jännityksen syntyminen on melko pieni, ja niin myös jännityksen määrä, joka syntyy kyvyttömyydestä syrjäyttää enää nestemäistä lasia sisätiloista, on pieni.Jos lasin alue, joka on riittävän paksu nesteen virtaamiseksi keskuksen läpi, menee päällekkäin alueen kanssa, joka on riittävän ohut välttääkseen rikkoutumisen, kun pisara jäähtyy, pisara voidaan jäähdyttää huoneenlämpötilaan ilman ennenaikaista rikkoutumista. Tasainen pallomainen möykky , ei olisi minne sisätiloissa olevaa nestettä syrjäyttää, jotta nesteen paine ei murtaisi ulkoa.

Ei häntä niin kauan kuin materiaalia pidetään lämmitetyssä ympäristössä, sinulla olisi ”lähes täydellinen” pallo, kunhan paine ja lämpötila ja painovoiman puuttuminen ovat vakioita. Jäähdytys johtaisi samanlaisiin yhtenäisiin rasituksiin kuin Rupertin pudotus vaikka hännän vaikutus puuttuisi. Kaikki vääristymät aiheuttaisivat ”virheen” ja vaikuttaisivat tasaiseen jännitykseen, eikä Rupertin pudotusvaikutusta olisi olemassa. Täydellisessä ajatuksessa päädytään ”nimesi” -kenttään.

Kyllä, ja ilman paljon ylimääräistä tietoa, tee se yksinkertaisesti nollapainoisessa Spacelab-vesisuihkulaitteella.

Menettely:

1. sulata kelluva lasimoppi parilla kaasusuihkupolttimella ja käsin käyttämällä suihkun aerodynaamista voimaa, jotta möykky pysyy suhteellisen kiinteänä tilassa,

2. ohjaa vesipisaroiden suihkutus useista mahdollisesti säteen suuntaisesti järjestetyistä vesisuuttimista suihkuvirran ollessa suunnattu pallomaisen läpän keskelle.

Ei-välttämättömät tiedot, jotka pätevän kokeilijan on laadittava.