È possibile costruire un ' drop di Prince Rupert perfettamente sferico? Le

Le gocce di Prince Rupert sono un esempio di un componente di vetro di silice temperato: la sua superficie ha è stato raffreddato più rapidamente del suo interno. La tempra dei vetri è importante perché conferisce al vetro tenacità, cioè capacità di resistere alla frattura sotto carico, il che spiega perché una goccia può essere colpita con un martello e sopravvivere. Vetro di silice, come è comune con altri materiali ceramici, mostra una propagazione instabile delle cricche quando la sua resistenza alla frattura è superata dal suo stato di sollecitazione. A differenza della maggior parte delle leghe, le ceramiche mostrano una deformazione plastica minima o assente. Quando raggiungono il loro limite elastico, si fratturano. componente di vetro di silice troppo duro, si frattura rapidamente e tutto in una volta.

A glass com Il componente può essere temperato raffreddando il suo esterno più rapidamente del suo interno in modo che vi sia una distribuzione delle sollecitazioni residue non uniforme nel componente. In particolare, poiché lesterno si solidifica per primo, la sua densità aumenta e il volume diminuisce prima, attirando il materiale verso lesterno dallinterno. Quindi, quando linterno si solidifica con meno materiale rimanente, si tira verso linterno allesterno. Lo stato di tensione risultante è la tensione allinterno e la compressione allesterno.

Le crepe si propagano solo quando cè una tensione di trazione attraverso la fessura. Se cè una tensione di compressione residua attraverso la fessura, rimarrà chiusa a meno che non venga sollecitata in tensione. Poiché la sollecitazione di compressione deve essere superata prima che la fessura si apra, è necessaria una maggiore tensione di trazione per propagare una fessura attraverso un componente di vetro temperato rispetto a un componente non temperato. Se una tale cricca si propagasse oltre la superficie di sollecitazione neutra tra lesterno e linterno del componente, la punta della cricca sarebbe in tensione a causa dello stato di sollecitazione residua dellinterno. Una tale crepa inizierebbe a propagarsi in modo instabile quando tutte le tensioni residue vengono rilasciate, provocando unesplosione di schegge di vetro, poiché tutte subiscono il recupero elastico dalla distribuzione non uniforme delle sollecitazioni.

Da tutte di questo, dovrebbe essere evidente che un componente di vetro temperato “perfettamente” sferico è teoricamente possibile, poiché è solo necessario che lesterno del vetro si raffreddi più rapidamente dellinterno per ottenere la distribuzione non uniforme delle sollecitazioni richiesta, pur mantenendo la forma desiderata. Una combinazione di gravità e viscosità sono la causa della coda in un tradizionale drop di Prince Rupert.Pertanto, la rimozione di ciascuno di questi componenti, ad esempio con una goccia formata in caduta libera dal rilassamento della tensione superficiale sulla superficie libera di un blob di vetro “fluttuante”, può dare come risultato una sfera di vetro viscoso. Il rilassamento può richiedere molto tempo e il vetro deve essere mantenuto viscoso per tutto il tempo. Il passo successivo è raffreddare rapidamente la sfera senza alterarne la forma, il che è certamente difficile. Spruzzarlo con fluidi provocherebbe increspature sulla superficie e limmersione richiederebbe un movimento infinitesimamente lento, il che causerebbe il tipo sbagliato di distribuzione non uniforme delle sollecitazioni. Esporlo al vuoto dello spazio potrebbe essere sufficiente, ma non ho fatto alcun calcolo della perdita di calore irradiato.

La configurazione desiderata sarebbe probabilmente un forno a radiazione nel vuoto dello spazio, con un blob di vetro fluttuante in esso, senza velocità relativa. Il forno fonde il vetro, che si rilassa in una sfera. Il forno viene spento, la porta viene aperta e il forno si allontana rapidamente dalla sfera. La sfera emette radiazioni raffreddando il superficie più rapidamente dellinterno (o almeno così speriamo), e il vetro è temperato, risultando in una goccia spaziale di Prince Rupert.

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• Un aspetto chiave della tempera del vetro è che la massa di vetro allinterno di una porzione temperata di un pezzo deve essere più piccola rispetto a se il pezzo fosse semplicemente ricotto. Nella caduta PR, quando lesterno della gran parte della goccia si contrae, la coda fornirà un percorso attraverso il quale il vetro fuso può fuoriuscire; la coda si solidificherà quindi prima dellinterno della goccia, impedendo così al vetro di rifluire mentre la goccia si raffredda. Se si dovesse riscaldare tutto il vetro ben al di sopra del punto di ricottura, raffreddare rapidamente lesterno appena sopra il punto di ricottura, raffreddarlo moderatamente rapidamente appena sotto …
• … il punto di ricottura, e poi raffreddarlo da lì in modo relativamente lento in modo da evitare che il vetro si rompa, si potrebbe finire con un vetro un po temperato, ma non forte come un Prince Pupert ‘ s drop poiché lesterno di raffreddamento non ‘ potrebbe ” spremere ” vetro dal interni.
• Sono un po scettico sulla tua ipotesi del vuoto. Penso che anche nel vetro, il trasferimento di calore per convezione batte il trasferimento di calore per irraggiamento.
• Un punto interessante. In microgravità, se assumiamo che al vetro sia consentito di raggiungere lequilibrio termico con il forno, la forza motrice della convezione sarebbe un gradiente di pressione radiale. Tutto dipenderà dalla velocità con cui si formerebbe un guscio esterno di vetro altamente viscoso a causa delle radiazioni, rispetto alla formazione di flussi convettivi. Immagino che sarebbe interamente dominato dalle dimensioni della goccia. Gocce più grandi avrebbero il tempo di instaurare flussi convettivi (come con la catastrofe del ferro nella formazione della ‘ Terra), gocce più piccole forse non così tanto. Vorrei avere tempo per modellarlo!

Penso che la coda si formi come risultato di come il vetro è caduto. Nel video, il vetro fuso si separa dal resto del grumo e si allunga, come il Silly Putty o la mozzarella fusa. Mi aspetto che tu possa almeno accorciare la coda tagliando il vetro appiccicoso, ma cè la possibilità che il risultato esploda con il raffreddamento, come suggerito nel commento di nivag.

Palline di vetro sufficientemente sferiche sarebbero abbastanza difficile. Forse potrebbe essere fatto utilizzando il concetto di shot tower o un metodo di stampaggio.

In precedenza è stato affermato che una sfera “perfetta” non può esistere in termini di ingegneria o produzione, ma ignorando le banalità, rispondiamo alla domanda. Una caduta di Prince Rupert è tale che il vetro fuso è abbastanza viscoso da far cadere la canna e finire in un secchio dacqua, provocando il raffreddamento del vetro abbastanza rapidamente da creare elevate quantità di tensione interna, che provoca il famoso effetto di creare una lacrima indistruttibile.

Anche se dovessi far girare la canna velocemente in modo da non avere una coda lunga, ci sarebbe comunque qualche trascinamento sottile e farebbe una coda. Potrebbe essere piccolo, ma sarebbe ancora lì. Se foste interessati a renderlo più sferico, potreste pensare di radere la coda, ma come sapete, un singolo graffio o disturbo allestremità della coda si traduce in una solida esplosione di vetro.

Let ” Diciamo che hai fatto girare la canna in un modo (in un mondo magico) in modo che non ci fosse coda. Allora non avresti un drop di Prince Rupert!

La risposta alla tua domanda è no, non è possibile far cadere una goccia sferica di Prince Rupert perché o il vetro esploderebbe, oppure semplicemente non hai la goccia che stavi cercando.

Che ne dici di questo … Crea la goccia come al solito, ma usa lacqua più calda possibile per rallentare la creazione degli stress che ovviamente si verificheranno ancora.Ecco il passaggio critico …… diminuire la profondità dellacqua con la sperimentazione e infine rilasciare la goccia proprio sulla superficie dellacqua che dovrebbe, in una certa misura, ridurre la lunghezza della coda o praticamente eliminarla. la caduta cadrà a una velocità molto ridotta considerando la condizione di semi-assenza di peso nellacqua. Unaltra cosa da considerare sarebbe tagliare la goccia appena prima che cada. Tagliando la goccia appena prima che cada, la coda, che si raffredda molto più velocemente di la testa, è praticamente eliminata e così la testa con le sue sollecitazioni interne non è minacciata dalla fragile coda.

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• In realtà la coda si forma nellaria prima che la goccia colpisca lacqua.

Forse potresti formare uno sferoide di vetro fuso in caduta libera, quindi spegnerlo con un gas freddo.

Suggerisco un gas freddo invece di un liquido perché puoi “t” farlo cadere “in un liquido in caduta libera, e spruzzandolo con un liquido abbastanza rapidamente da congelare rapidamente lesterno comporterebbe probabilmente forze asimmetriche che distorcerebbero la sfera, mentre un gas eserciterebbe la stessa pressione su tutti i lati. Dovrebbe essere un gas molto freddo! Non so se un gas pesante come largon aumenti la conduzione termica, o qualcosa come lidrogeno o lelio potrebbe funzionare meglio.

La coda non sembra una caratteristica necessaria. Mi sembra che si sia formata prima della tempra dalla viscosità del vetro gocciolante, non dal passaggio attraverso lacqua. La coda non viene estrusa rapidamente dalla massa di vetro che si raffredda rapidamente; è già presente, formato dalla gravitazione / stiramento prima della tempra, e si raffredda in quella forma di coda.

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• Vengono create palline di piombo con questa tecnica.

Non è una sfera perfetta ma quanto più vicino a me .

Sospendi nel getto riscaldato, quindi rilascia. Fatto.

Devi controllare il temperato con attenzione, troppo caldo e va a pezzi.

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• Può descrivi come si comporta rispetto a una tipica caduta con una lunga coda? Puoi mostrare immagini o video del risultato finale?

Beh, dimentica la sfera “perfetta”, ma non vedo perché non possa essere realizzata in nessuna forma. Devi solo raffreddare velocemente lesterno. Mi sembra di ricordare che il pyrex è fatto in questo modo, con sollecitazioni incorporate .. ma non sono riuscito a trovare un collegamento. Questo può essere utile.

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• well ” perfect ” come in ” adatto per cuscinetti a sfera “. I miei dubbi vengono dalla coda, che sembra essere una componente fondamentale, e non sembra essere evitabile.
• Vedo che sei in Italia, qui negli Stati Uniti McMaster-Carr elenca una serie di palline di vetro, alcuni in cuscinetti a sfera, alcuni realizzati in ceramica al nitruro di silicio. Dovrebbe esserci qualcosa di simile dove ti trovi. (La coda è proprio da come ‘ è stata creata … per una sfera che ‘ avresti bisogno di uno stampo o qualcosa del genere.)

Dopo che lesterno di una goccia di Prince Rupert si solidifica, si contrarrà rapidamente. Durante questo processo, se il vetro interno non può andare da nessuna parte, lesterno sarà sottoposto a una tensione significativa, garantendo virtualmente che si spezzerà (il vetro crepitante si forma tempra brevemente un intero pezzo di vetro; lo strato esterno si spezzerà immediatamente, ma se tutti i pezzi di vetro rotto sono a contatto con il vetro ancora fuso, il pezzo nel suo insieme rimarrà intatto). Sebbene sia possibile raffreddare il vetro abbastanza lentamente da prevenire la rottura, la riduzione del carico di trazione di picco in modo sufficiente per prevenire la rottura ridurrà anche la quantità di cui tale carico può essere spostato verso la compressione.

Questa difficoltà può essere superato abbassando il bicchiere relativamente lentamente nellacqua (la coda è ancora attaccata allasta da cui proviene). Ciò significa che mentre parte della parte esterna del vetro si è solidificata e si contrae, il vetro liquido nel il mezzo, durante la maggior parte di questa contrazione, avrà un percorso continuo di vetro liquido che si estende fuori dallacqua.

Ad un certo punto il vetro che entra nellacqua sarà così sottile che non è più possibile il vetro liquido fluirà attraverso il centro, ma nel momento in cui ciò accadrà le porzioni più grandi del vetro si saranno contratte quasi quanto “stanno andando a fare”, quindi la quantità di vetro liquido che dovrebbe ancora essere spostata per evitare di creare tensione sarà piuttosto piccolo, e così la quantità di tensione creata dallincapacità di spostare qualsiasi altro vetro liquido dallinterno sarà altrettanto piccola.Se la regione del vetro che è abbastanza spessa da consentire il flusso del liquido attraverso il centro si sovrappone alla regione che è abbastanza sottile da evitare la rottura quando si raffredda, la goccia può essere raffreddata a temperatura ambiente senza guasti prematuri. Un blob sferico uniforme, tuttavia , non avrebbero un posto dove spostare il liquido interno per evitare che la pressione di quel liquido rompa lesterno.

Nessuna coda a gravità zero. Finché il materiale viene mantenuto in un ambiente riscaldato, si otterrebbe una sfera “quasi perfetta” fintanto che la pressione, la temperatura e lassenza di gravità sono costanti. Il raffreddamento comporterebbe sollecitazioni uniformi simili a quelle del Rupert “s Drop anche se mancherebbe leffetto della coda. Qualsiasi distorsione risulterebbe in un “difetto” e avrebbe un impatto sullo stress uniforme e leffetto di Rupert “s Drop non esisterebbe. In unidea perfetta, ti ritroveresti con una sfera” yourname “.

Sì, e senza molte informazioni estranee, fallo semplicemente in Spacelab a gravità zero, con un apparecchio per spruzzare acqua.

Procedura:

1. sciogliere un blob di vetro galleggiante per mezzo di un paio di bruciatori a getto di gas e manualmente utilizzando la forza aerodinamica del getto per mantenere il blob relativamente fisso nello spazio,

2. indirizza uno spruzzo di goccioline dacqua da diversi ugelli dacqua forse precedentemente disposti in un modello radiale con il flusso di spruzzo diretto al centro del blob sferico.

Dettagli non essenziali che devono essere elaborati dallo sperimentatore competente.