완벽하게 구형 프린스 루퍼트 ' 드롭을 만들 수 있습니까?

Prince Rupert s 방울은 강화 실리카 유리 성분의 예입니다. 표면에는 유리의 템퍼링은 유리에 인성을 부여하기 때문에 중요합니다. 즉, 하중 하에서 파손에 저항 할 수있는 능력을 부여하여 낙하가 망치로 부딪 히고 생존 할 수있는 이유를 설명합니다. 일반적으로 실리카 유리 다른 세라믹 재료와 함께 응력 상태가 파괴 강도를 초과하면 불안정한 균열 전파를 나타냅니다. 대부분의 합금과 달리 세라믹은 소성 변형이 거의 또는 전혀 나타나지 않습니다. 탄성 한계에 도달하면 균열이 발생합니다. 실리카 유리 성분이 너무 단단해서 한꺼번에 빠르게 부서집니다.

A glass com ponent는 내부보다 외부를 더 빠르게 냉각하여 구성 요소에 균일하지 않은 잔류 응력 분포가 있도록 템퍼링 할 수 있습니다. 특히 외부가 먼저 응고되기 때문에 밀도가 증가하고 부피가 감소하여 재료가 내부에서 바깥쪽으로 당겨집니다. 그런 다음 내부가 더 적은 재료로 굳어짐에 따라 외부에서 안쪽으로 당깁니다. 결과 응력 상태는 내부의 장력과 외부의 압축입니다.

균열은 균열에 인장 응력이있을 때만 전파됩니다. 균열 전체에 잔류 압축 응력이 있으면 장력이 가해지지 않는 한 닫힌 상태로 유지됩니다. 균열이 열리기 전에 압축 응력을 극복해야하므로 강화되지 않은 구성 요소보다 강화 유리 구성 요소를 통해 균열을 전파하는 데 더 큰 인장 응력이 필요합니다. 그러한 균열이 부품의 외부와 내부 사이의 중성 응력 표면을지나 전파되면 내부의 잔류 응력 상태로 인해 균열 팁이 장력을 받게됩니다. 이러한 균열은 모든 잔류 응력이 방출됨에 따라 불안정한 방식으로 전파되기 시작하여 유리 파편이 모두 불균일 한 응력 분포에서 탄성 회복을 겪기 때문에 폭발을 일으 킵니다.

모두로부터 이것의 “완벽한”구형 강화 유리 구성 요소는 이론적으로 가능하다는 것이 명백해야합니다. 유리의 외부가 내부보다 더 빠르게 냉각되어 필요한 불균일 한 응력 분포를 유지하면서 유지되어야하기 때문입니다. 원하는 모양. 중력과 점도의 조합은 전통적인 Prince Rupert의 낙하에서 꼬리의 원인입니다.따라서, 유리의 “부유”얼룩의 자유 표면 장력 완화에 의해 자유 낙하에서 형성된 방울과 같은 각 구성 요소를 제거하면 점성 유리 구가 생성 될 수 있습니다. 이완에는 시간이 오래 걸릴 수 있으며 유리는 전체 시간 동안 점성을 유지해야합니다. 다음 단계는 모양을 방해하지 않고 구를 빠르게 냉각시키는 것입니다. 액체를 뿌려 주면 표면에 잔물결이 생기고 침수는 극도로 천천히 움직여야하므로 잘못된 종류의 비 균일 응력 분포가 발생합니다. 공간의 진공에 노출시키는 것으로 충분할 수 있지만 복사 열 손실에 대한 계산을 수행하지 않았습니다.

원하는 설정은 공간의 진공 상태에서 얼룩이있는 복사 오븐 일 것입니다. 유리가 그 안에 떠 있고, 상대 속도가 없습니다. 오븐은 유리를 녹여 구로 이완됩니다. 오븐이 꺼지고 문이 열리고 오븐이 구에서 빠르게 멀어집니다. 구는 복사를 방출하여 냉각시킵니다. 표면이 내부보다 더 빠르게 표면화되고 유리가 강화되어 Prince Rupert의 Space Drop이 생성됩니다.

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• 강화 유리의 핵심 측면은 조각의 강화 부분 내부의 유리 질량이 조각이 단순히 어닐링 된 경우보다 작아야한다는 것입니다. PR 낙하에서는 낙하의 큰 부분이 수축 할 때 꼬리가 녹은 유리가 흘러 나올 수있는 경로를 제공합니다. 꼬리는 방울 안쪽에 들어가기 전에 굳어 지므로 방울이 식을 때 유리가 다시 흐르는 것을 방지합니다. 모든 유리를 어닐링 포인트 위로 충분히 가열하려면 어닐링 포인트 바로 위까지 외부를 빠르게 식히고 바로 아래로 적당히 빠르게 식 힙니다 …
• … 어닐링 포인트, 그런 다음 유리가 깨지는 것을 방지하기 위해 상대적으로 천천히 식혔습니다. 어느 정도 강화 된 유리로 끝날 수는 있지만 프린스 푸 퍼트의 방울만큼 강하지는 않습니다. ‘ 냉각 외장이 ‘ 유리에서 유리를 ” 압착 ” 할 수 없기 때문에 내부.
• 나는 당신의 진공 가설에 대해 약간 회의적입니다. 유리에서도 대류에 의한 열전달이 복사에 의한 열전달보다 크다고 생각합니다.
• 흥미로운 점입니다. 미세 중력에서 유리가 오븐과 열 평형에 도달 할 수 있다고 가정하면 대류의 원동력은 방사형 압력 구배가 될 것입니다. 그것은 모두 대류의 형성과 비교하여 고점도 유리의 외부 쉘이 복사로 인해 얼마나 빨리 형성되는지에 달려 있습니다. 나는 그것이 방울의 크기에 의해 완전히 지배 될 것이라고 상상합니다. 방울이 클수록 대류 흐름이 설정 될 시간이 있지만 (예 : 지구에서 철 재앙이 발생하는 경우 ‘) 방울이 작을수록 그다지 많지는 않습니다. 나는 그것을 모델링 할 시간이 있었으면 좋겠다!

유리가 떨어집니다. 비디오에서 녹은 유리는 덩어리의 나머지 부분에서 분리되어 늘어납니다 (예 : 실리 퍼티 또는 녹은 모짜렐라 치즈). 적어도 끈적 끈적한 유리를 잘라서 꼬리를 짧게 줄일 수있을 것으로 예상합니다. 그러나 nivag의 의견에서 제안한 것처럼 냉각시 결과가 폭발 할 가능성이 있습니다.

충분히 구형의 유리 공은 꽤 어렵습니다. 샷 타워 개념이나 일종의 성형 방법을 사용하여 수행 할 수 있습니다.

이전에 “완벽한”구체는 엔지니어링이나 제조 측면에서 존재할 수 없다고 말했지만 사소한 점을 무시하고 질문에 답합시다. 프린스 루퍼트의 하락은 녹은 유리는 점성이있어서 막대에서 물통에 떨어질 정도로 점성이있어 유리가 빠르게 냉각되어 내부 장력을 많이 만들어 깨지지 않는 눈물 방울을 만드는 유명한 효과가 있습니다.

꼬리가 길지 않도록 낚싯대를 빨리 돌려도 가느 다란 끌림이 남아 꼬리를 만들 수 있습니다. 작을 수도 있지만 여전히 거기에있을 것입니다. 더 구형으로 만드는 데 관심이 있다면 꼬리 끝 부분을 면도하는 것이 좋습니다.하지만 아시다시피 한 번의 흠집이나 꼬리 끝 부분의 방해로 인해 단단한 유리 폭발이 발생합니다.

Let ” s 예를 들어 마법의 세계에서 꼬리가 없도록 막대를 회전했다고 가정합니다. 그러면 “루퍼트 왕자”가 떨어질 수 없습니다.

당신의 질문에 대한 대답은 아니오입니다. 유리가 폭발하거나 원하는 방울이 없기 때문에 구형 프린스 루퍼트의 방울을 만들 수 없습니다.

이건 어떨까요? 평소처럼 방울을 만들되 물론 여전히 발생할 스트레스 생성을 늦추려면 가능한 가장 뜨거운 물을 사용하십시오.여기에 중요한 단계가 있습니다. 실험을 통해 수심을 줄이고 마지막으로 수면에서 드롭을 바로 풀어서 꼬리 길이를 어느 정도 줄이거 나 실질적으로 제거해야합니다. 물방울은 물속의 반무 중 상태를 고려할 때 훨씬 감소 된 비율로 떨어집니다. 고려해야 할 또 다른 사항은 물방울이 떨어지기 직전에 물방울을 자르는 것입니다. 물방울이 떨어지기 직전에 물방울을 자르면 꼬리가 훨씬 빨리 식습니다. 머리는 거의 제거되어 내부 응력이있는 머리는 부서지기 쉬운 꼬리에 의해 위협을받지 않습니다.

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• 사실 꼬리가 형성됩니다. 물방울이 물에 닿기 전에 공중에서.

아마도 녹은 유리의 구형을 형성 할 수 있습니다. 자유 낙하시에는 차가운 가스로 담금질하십시오.

자유 낙하시 액체에 “떨어 뜨리는”수 없기 때문에 액체 대신 차가운 가스를 사용하는 것이 좋습니다. 외부를 빠르게 동결시킬만큼 빠르게 액체는 구를 왜곡시키는 비대칭적인 힘을 수반하는 반면 가스는 모든면에서 동일한 압력을가합니다. 아주 차가운 가스 여야합니다! 아르곤과 같은 무거운 가스가 열전도를 증가시키는 지 아니면 수 소나 헬륨과 같은 것이 더 잘 작동하는지 모르겠습니다.

꼬리가 필요한 기능이 아닌 것 같습니다. 그것은 물을 통과하는 통로가 아니라 물방울 유리의 점성에 의해 급냉 전에 형성되는 것 같습니다. 꼬리는 급속히 냉각되는 유리 덩어리에서 빠르게 돌출되지 않습니다. 퀜칭 전에 중력 / 신축에 의해 형성되어 이미 존재하며 꼬리 모양으로 냉각됩니다.

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• 리드 볼이 만들어집니다. 이 기술을 사용하면됩니다.

완벽한 구체는 아니지만 내가 얻은만큼 가깝습니다. .

뜨거운 제트에 매달린 다음 떨어 뜨립니다.

온대를 조심스럽게 조절해야합니다. 너무 뜨거워서 흩어집니다.

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• 할 수 있습니다. 꼬리가 긴 일반적인 낙하와 비교하여 어떻게 작동하는지 설명 하시나요? 최종 결과의 이미지 나 동영상을 보여줄 수 있나요?

“완벽한”구체는 잊으십시오. 그러나 어떤 모양으로도 만들 수없는 이유를 모르겠습니다. 외부를 빨리 식히면됩니다. 파이렉스가 만들어진 것 같습니다. 이렇게하면 스트레스가 내장되어 있지만 링크를 찾을 수 없습니다. 이 가 도움이 될 수 있습니다.

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• 잘 ” 완벽한 ” ” 볼 베어링에 적합 “. 내 의심은 꼬리에서 비롯됩니다. 그것은 핵심 요소 인 것 같고 피할 수없는 것 같습니다.
• 당신이 이탈리아에있는 것 같습니다. 여기 미국에서 McMaster-Carr는 많은 유리 공을 나열합니다. 일부는 볼 베어링에, 일부는 실리콘 질화물 세라믹으로 만들어졌습니다. 당신이있는 곳에 비슷한 것이있을 것입니다. (꼬리는 ‘이 만든 방식에서 나온 것입니다 … 구체의 경우 ‘ 주형 등이 필요합니다.)

프린스 루퍼트 드롭의 외부가 굳은 후 빠르게 수축합니다. 이 과정에서 유리 내부가 갈 곳이 없으면 외부에 상당한 장력이 가해져 사실상 균열이 발생할 수 있습니다 (유리 조각 전체를 잠시 담금질하여 유리 유리가 형성되고 외부 층이 균열됩니다). 그러나 모든 깨진 유리 조각이 여전히 녹은 유리와 접촉하면 전체 조각이 손상되지 않습니다). 균열을 방지 할 수있을만큼 천천히 유리를 냉각 할 수 있지만 균열을 방지 할 수 있도록 최대 인장 하중을 충분히 줄이면 이러한 하중이 압축으로 이동 될 수있는 양도 감소 할 수 있습니다.

이러한 어려움은 유리를 상대적으로 천천히 물속으로 내림으로써 극복 할 수 있습니다. (꼬리는 여전히 그것이 왔던 막대에 붙어 있습니다.) 이렇게하면 유리 외부의 일부가 굳어지고 수축하는 동안 유리 안의 액체 유리가 대부분의 수축 동안 중간 의지는 물 밖으로 뻗어나가는 액체 유리의 연속 경로를 갖습니다.

어떤 시점에서 물에 들어가는 유리는 너무 얇아서 더 이상 불가능합니다. 액체 유리가 중앙을 통해 흐르도록하지만, 그럴 때까지 유리의 더 큰 부분이 거의 수축 될 것이므로 장력을 피하기 위해 여전히 변위해야하는 액체 유리의 양 매우 작을 것입니다. 내부에서 더 이상 액체 유리를 옮길 수 없기 때문에 발생하는 긴장의 양도 마찬가지로 작을 것입니다.액체가 중앙을 통과 할 수있을만큼 두꺼워 진 유리 영역이 냉각 될 때 깨지지 않도록 충분히 얇은 영역과 겹치는 경우, 드롭은 조기 파손없이 실온으로 냉각 될 수 있습니다. 그러나 균일 한 구형 얼룩은 , 내부 액체의 압력으로 인해 외부가 파손되는 것을 피하기 위해 내부 액체를 대체 할 곳이 없습니다.

꼬리 없음 무중력에서. 재료가 가열 된 환경에서 유지되는 한 압력과 온도 및 중력의 부재가 일정하다면 “거의 완벽한”구체를 갖게됩니다. 냉각은 Rupert의 낙하와 유사한 균일 한 응력을 초래합니다. 꼬리의 효과는 사라질 것입니다. 모든 왜곡은 “결함”을 일으키고 균일 한 응력에 영향을 미치고 Rupert의 Drop 효과는 존재하지 않을 것입니다. 완벽한 아이디어에서는 “yourname”구체가됩니다.

예, 많은 관련없는 정보없이 물 분무 장치가있는 무중력 Spacelab에서 간단히 수행 할 수 있습니다.

절차 :

1. 두 개의 가스 제트 버너를 사용하여 플로팅 유리 블롭을 녹이고 제트 공기 역학적 힘을 사용하여 블롭이 공간에 상대적으로 고정되도록 손으로 녹입니다.

2. 스프레이 흐름이 구형 블롭의 중심으로 향하는 방사형 패턴으로 이전에 배열 된 여러 물 노즐에서 물방울을 직접 분사합니다.

유능한 실험자가 해결해야 할 중요하지 않은 세부 정보