プリンスルパートの滴は、溶けたガラスを冷水に滴下して作成されたガラスオブジェクトです。 。液滴の外側は急速に冷えますが、内側は長時間熱いままです。最終的に冷えると収縮し、表面に非常に大きな圧縮応力が発生します。
結果は一種の強化ガラスです。ドロップヘッドを損傷することなくハンマーで叩くことができますが、テールに傷があると爆発的に崩壊します。このビデオ。
では、球形のプリンスルパートのドロップを作成することは可能ですか？もしそうなら、どのように？アプリケーションの一例は、従来のボールベアリング球の代替品です。耐摩耗性と許容最大荷重が改善され、ガラス球のコストはとにかく安くなります。
コメント
- の影響について本当に疑問に思います1つを自由落下（重力なし）で解放し、次にそれを水に急速に浸します。
- 液滴を形成して冷却した後、尾を加熱して溶かすとどうなりますか？ガラスブロワーは、ブレークマークを溶かしてピースを仕上げます。内部張力の変化により、’尾を折ったように粉々になりますか、それとも、スナップではなく加熱によって引き起こされる張力の変化が比較的遅いため、動作が異なりますか？ ？
- @SF：重力がなければ、自由落下はなく、オブジェクトを解放した後、オブジェクトは所定の位置に留まります。
- @Tom：PRドロップのテール内のガラスは引張力とせん断力の組み合わせの影響を受けます。テールのあるポイントを過ぎると、ガラスのせん断強度はそれ自体で引張力に耐えるのに十分であるため、それを超えてガラスを溶かしても効果がない可能性があります。それよりもヘッドに近いと、テール側から引っ張られなくなったガラスの部分は、ヘッドからの引っ張りに抵抗するにはせん断強度が不十分になります。外側の近くの一部が破損するとすぐに、張力が完全な強度を超える部分が頭に向かって…
- …さらに多くの部分も本質的に瞬時に破損し、部品全体が爆発します。
回答
ルパート王子の滴は、強化シリカガラスコンポーネントの例です。ガラスの強化は、ガラスに強靭さ、つまり荷重下での破壊に耐える能力を与えるため重要です。これは、液滴がハンマーで打たれて生き残ることができる理由を説明しています。一般的なシリカガラス他のセラミック材料では、破壊強度が応力状態を超えると不安定な亀裂伝播を示します。ほとんどの合金とは異なり、セラミックは塑性変形をほとんどまたはまったく示しません。弾性限界に達すると破壊します。したがって、応力を加えると、シリカガラスの成分が硬すぎるため、急速に一度に破壊されます。
ガラスコム部品の残留応力分布が不均一になるように、内部よりも外部を急速に冷却することで、部品を焼き戻します。具体的には、外部が最初に固化するため、密度が増加し、体積が最初に減少し、材料が内部から外側に引き出されます。次に、内部が固化して残りの材料が少なくなると、外部を内側に引っ張ります。結果として生じる応力状態は、内部の引張と外部の圧縮です。
亀裂は、亀裂全体に引張応力がある場合にのみ伝播します。亀裂全体に残留圧縮応力がある場合、張力がかかっていない限り、亀裂は閉じたままになります。亀裂が開く前に圧縮応力を克服する必要があるため、強化ガラスコンポーネントを介して亀裂を伝播するには、強化されていないコンポーネントよりも大きな引張応力が必要です。このような亀裂がコンポーネントの外部と内部の間の中性応力面を越えて伝播した場合、内部の残留応力状態により、亀裂の先端に張力がかかります。このような亀裂は、すべての残留応力が解放されると不安定な方法で伝播し始め、不均一な応力分布からすべてが弾性回復するため、ガラスの破片が爆発します。
すべてからこのうち、「完全に」球形の強化ガラス部品が理論的に可能であることは明らかです。ガラスの外部が内部よりも急速に冷却され、必要な不均一な応力分布が維持される必要があるからです。希望の形状。重力と粘性の組み合わせが、伝統的なルパート王子のしっぽの原因です。したがって、ガラスの「浮遊」ブロブの自由表面表面張力緩和によって自由落下で形成された液滴などでこれらの各コンポーネントを除去すると、粘性ガラスの球が生じる可能性があります。リラックスには時間がかかる場合があり、ガラスは常に粘性を保つ必要があります。次のステップは、球の形状を乱すことなく球を急速に冷却することです。これは確かに困難です。流体を噴霧すると表面に波紋が発生し、水没すると微小にゆっくりと移動する必要があり、誤った種類の不均一な応力分布が発生します。それを宇宙の真空にさらすだけで十分かもしれませんが、私は放射熱損失の計算をしていません。
望ましいセットアップは、おそらく宇宙の真空にある、ブロブのある放射オーブンです。相対速度なしで、その中に浮かんでいるガラスの。オーブンはガラスを溶かし、それは球にリラックスします。オーブンはオフになり、ドアが開かれ、オーブンは球から急速に離れます。球は放射を放出し、表面が内部よりも速く（またはそう願っています）、ガラスが焼き戻されて、ルパート王子のスペースドロップが発生します。
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- テンパリングガラスの重要な側面は、ピースのテンパリングされた部分内のガラスの質量が、ピースが単にアニールされた場合よりも小さくなければならないことです。 PRドロップでは、ドロップの大部分の外側が収縮すると、テールが溶融ガラスが流出する経路を提供します。その後、テールはドロップの内側の前に固化するため、ドロップが冷えるときにガラスが逆流するのを防ぎます。すべてのガラスをアニーリングポイントよりかなり上に加熱する場合は、外部をアニーリングポイントのすぐ上まですばやく冷却し、適度にすばやくアニーリングポイントのすぐ下まで冷却します…
- …アニーリングポイント、次に、ガラスにひびが入るのを防ぐために、そこから比較的ゆっくりと冷却しました。ガラスがやや焼きなましになりましたが、Prince Pupert ‘のドロップほど強くはありませんでした。冷却外部は’から”ガラスを”絞り出すことができないためインテリア。
- 私はあなたの真空仮説について少し懐疑的です。ガラスでも、対流による熱伝達は輻射による熱伝達に勝ると思います。
- 興味深い点です。微小重力では、ガラスがオーブンと熱平衡に達することができると仮定すると、対流の駆動力は半径方向の圧力勾配になります。それはすべて、対流の形成と比較して、高粘度ガラスの外殻が放射によってどれだけ速く形成されるかにかかっています。私はそれがドロップのサイズによって完全に支配されるだろうと想像します。大きな液滴は対流が発生する時間があり（地球の鉄の大災害’のように）、小さな液滴はおそらくそれほど多くはありません。モデル化する時間があればいいのにと思います！
回答
尾はどのように形成されたかの結果だと思いますガラスを落とします。ビデオでは、溶融ガラスが残りの塊から分離して伸びます-シリーパティーや溶融モッツァレラチーズのように。ねばねばしたガラスを切ることで、少なくとも尾を短くできると思いますが、「nivagのコメントで示唆されているように、冷却すると結果が爆発する可能性があります。
十分に球形のガラス球はかなり難しい。たぶん、ショットタワーのコンセプト、またはある種の成形方法を使用して行うことができます。
回答
エンジニアリングや製造の観点から「完璧な」球体は存在できないと以前に述べましたが、些細なことを無視して、質問に答えましょう。ルパート王子のドロップは次のようなものです。溶融ガラスは、ロッドから垂れ下がって水の入ったバケツに入るほど粘性が高いため、ガラスが急速に冷却されて大量の内部張力が発生し、壊れない涙滴を作るという有名な効果が生じます。
尾が長くならないようにロッドを素早く回しても、細い引きずりが残って尾を作ります。小さいかもしれませんが、それでもそこにあります。より球形にすることに興味がある場合は、テールエンドを削り取ると思うかもしれませんが、ご存知のように、テールエンドに1つの傷や乱れがあると、ガラスが固く爆発します。
Let “しっぽがないように（魔法の世界で）ロッドを回転させたとしましょう。そうすれば、「ルパート王子」のドロップはありません！
あなたの質問に対する答えはノーです、ガラスが爆発するか、探していたドロップがないため、球形のプリンスルパートのドロップを作成することはできません。
回答
これはどうですか。通常どおりドロップを作成しますが、もちろん発生するストレスの作成を遅らせるために、できるだけ熱い水を使用します。これが重要なステップです……実験で水深を減らし、最後に水面で水滴を放します。これにより、尾の長さがある程度短くなるか、実質的になくなります。水中でのセミウェイトレス状態を考慮すると、ドロップの速度は大幅に低下します。もう1つ考慮すべきことは、ドロップの直前にドロップを切り取るということです。ドロップの直前にドロップを切り取ると、テールはより速く冷却されます。頭は実質的に排除されているため、内部応力のある頭は、もろい尾によって脅かされることはありません。
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- 実際には、尾は滴が水に当たる前に空中で。
答え
おそらくあなたは溶融ガラスの球形を形成することができます自由落下の場合は、冷たいガスで急冷します。
自由落下の場合は液体に「落とす」ことができないため、液体ではなく冷たいガスをお勧めします。外部を急速に凍結するのに十分な速さの液体は、おそらく球を歪ませる非対称の力を伴いますが、気体はすべての側面に等しい圧力をかけます。非常に冷たいガスでなければなりません！アルゴンのような重いガスが熱伝導を増加させるのか、それとも水素やヘリウムのようなものの方がうまくいくのかわかりません。
尾は必要な機能ではないようです。私には、それは水を通過するのではなく、滴るガラスの粘度によって急冷する前に形成されたようです。尾は急速に冷却するガラスの塊から急速に押し出されません。それはすでに存在し、急冷前の重力/伸長によって形成され、その尾の形で冷却されます。
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- 鉛球が作られます。
回答
完全な球体ではありませんが、私が得た限りでは近いです。 。
加熱ジェットで停止し、ドロップします。完了。
温度を注意深く制御する必要があり、熱すぎると飛び散ります。
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- できます長い尾を持つ典型的なドロップと比較して、どのように動作するかを説明しますか？最終結果の画像やビデオを表示できますか？
回答
「完璧な」球体を忘れてしまいましたが、なぜそれがどのような形にもできなかったのかわかりません。外側をすばやく冷やす必要があります。パイレックスが作られたことを思い出しているようです。このように、組み込みのストレスで..しかし、私はリンクを見つけることができませんでした。 これが役立つ場合があります。
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- まあ”完璧” as “ボールベアリングに適しています”。私の疑問は尻尾から来ています。これは重要な要素のようであり、避けられないようです。
- あなたはイタリアにいるようです。ここ米国では、McMaster-Carrがいくつかのガラス玉をリストしています。ボールベアリングのものもあれば、窒化ケイ素セラミックで作られたものもあります。あなたがいるところに似たようなものがあるはずです。 （尾は、’がどのように作成されたかに基づいています…球の場合、’金型などが必要です。）
回答
プリンスルパートドロップの外側が固まった後、すぐに収縮します。このプロセス中に、内側のガラスが入る場所がない場合、これにより外側に大きな張力がかかり、実質的に割れることが保証されます（クラックルガラスはガラス片全体を短時間急冷することによって形成されます。外側の層は割れます）すぐに、しかしすべてのひびの入ったガラス片がまだ溶けているガラスと接触している場合、全体の部分は無傷のままになります）。ガラスをゆっくりと冷却してひび割れを防ぐことは可能ですが、ピーク引張荷重を十分に下げてひび割れを防ぐと、そのような荷重を圧縮方向にシフトできる量も減ります。
この問題はガラスを比較的ゆっくりと水中に下げることで克服できます（テールはまだロッドに取り付けられています）。これを行うと、ガラスの外側の一部が固化して収縮している間に、ガラスの液体ガラスが真ん中は、この収縮の大部分の間、水から伸びる液体ガラスの連続した経路を持ちます。
ある時点で、水に入るガラスは非常に薄くなり、それが不可能になります。液体ガラスは中心を通って流れますが、その時までにガラスの大部分はほぼ同じくらい収縮しているので、張力の発生を避けるためにまだ移動する必要がある液体ガラスの量かなり小さいのでこれ以上液体ガラスを内部から移動できないことによって生じる張力の量も同様に小さくなります。中央を液体が流れるのに十分な厚さのガラスの領域が、冷却時に破損しないように十分に薄い領域と重なる場合、液滴は早期の故障なしに室温まで冷却される可能性があります。ただし、均一な球状の塊。 、内部の液体を移動させて、その液体の圧力によって外部が破壊されるのを防ぐ場所がありません。
回答
テールなし材料が加熱された環境で維持されている限り、圧力と温度が一定で重力がない限り、「ほぼ完全な」球体になります。冷却すると、ルパートのドロップと同様の均一な応力が発生します。尾の効果は失われますが。歪みがあると「欠陥」が発生し、均一な応力に影響を与え、ルパートのドロップ効果は存在しません。完璧なアイデアでは、「あなたの名前」の球になってしまいます。
回答
はい。多くの無関係な情報がなくても、水噴霧装置を備えた無重力Spacelabで行うだけです。
手順：
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2つのガスジェットバーナーを使用し、ジェットの空気力を使用して手で浮遊ガラスの塊を溶かし、塊を空間内で比較的固定します。
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おそらく以前に放射状に配置されたいくつかの水ノズルから水滴のスプレーを向け、スプレーストリームを球形の塊の中心に向けます。
有能な実験者が解決する必要のない詳細。