Er det mulig å bygge en perfekt sfærisk Prince Rupert ' s dråpe?

Prince Ruperts dråper er et eksempel på en herdet silikaglasskomponent: overflaten har har blitt avkjølt raskere enn det indre. Herding av briller er viktig fordi det gir glasset seighet, dvs. en evne til å motstå brudd under belastning, noe som forklarer hvorfor en dråpe kan bli truffet med en hammer og overleve. med andre keramiske materialer, viser ustabil sprekkutbredelse når spenningsstyrken overskrides av spenningstilstanden. I motsetning til de fleste legeringer, viser keramikk svært liten eller ingen plastisk deformasjon. Når de når sin elastiske grense, sprekker de. Så hvis du stresser komponenten av silisiumglass for hardt, den sprekker raskt og samtidig.

Et glass kom ponent kan tempereres ved å avkjøle det ytre raskere enn det indre slik at det er en ikke-ensartet restspenningsfordeling i komponenten. Spesielt fordi ytre størkner først, øker densiteten og volumet reduseres først, og trekker materiale utover fra interiøret. Når interiøret stivner med mindre gjenværende materiale, trekker det innover på utsiden. Den resulterende spenningstilstanden er spenning i det indre og kompresjon på utsiden.

Sprekker forplantes bare når det er strekkbelastning over sprekken. Hvis det er en gjenværende trykkspenning over sprekken, vil den forbli lukket med mindre den er stresset i spenning. Fordi kompressionsspenningen må overvinnes før sprekken åpnes, tar det større strekkspenning å forplante en sprekk gjennom en herdet glasskomponent enn en uherdet komponent. Hvis en slik sprekk forplantes forbi den nøytrale spenningsflaten mellom det ytre og indre av komponenten, vil sprekkespissen være i spenning på grunn av den gjenværende spenningstilstanden til det indre. En slik sprekk vil begynne å forplante seg på en ustabil måte når alle restspenningene frigjøres, noe som resulterer i en eksplosjon av glasskår, ettersom de alle gjennomgår elastisk utvinning fra den ikke-ensartede spenningsfordelingen.

Fra alle av dette, bør det være tydelig at en «perfekt» sfærisk, herdet glasskomponent er teoretisk mulig, da det bare kreves at utsiden av glasset avkjøles raskere enn det indre for å oppnå den nødvendige ikke-ensartede spenningsfordeling, samtidig som den opprettholdes. ønsket form. En kombinasjon av tyngdekraft og viskositet er årsaken til halen i en tradisjonell Prince Ruperts dråpe.Derfor kan fjerning av hver av disse komponentene, slik som med en dråpe dannet i fritt fall ved overflatespenningslemping av fritt overflate av en «flytende» glassbit, resultere i en sfære av viskøst glass. Avslapping kan ta lang tid, og glasset må holdes viskøst hele tiden. Det neste trinnet er å kjøle ned kulen raskt uten å forstyrre formen, noe som ganske vist er vanskelig. Sprøyting med væske vil forårsake krusninger i overflaten, og nedsenking vil kreve at den beveges uendelig sakte, noe som vil føre til feil type ikke-ensartet spenningsfordeling. Det kan være tilstrekkelig å utsette det for vakuum i rommet, men jeg har ikke gjort noen beregninger av utstrålet varmetap. av glass som flyter i den, uten relativ hastighet. Ovnen smelter glasset, som slapper av i en kule. Ovnen slås av, døren åpnes og ovnen beveger seg raskt bort fra kulen. Kulen avgir stråling, avkjøler overflaten raskere enn interiøret (eller så håper vi), og glasset herdes, noe som resulterer i et Prince Ruperts Space Drop.

Kommentarer

• Et sentralt aspekt ved herding av glass er at massen av glass inne i et herdet parti av et stykke må være mindre enn om stykket bare ble glødet. I PR-fall, når utsiden av den store delen av dråpen trekker seg sammen, vil halen gi en bane hvor smeltet glass kan strømme ut; halen vil deretter stivne før innsiden av dråpen, og hindrer dermed glasset i å strømme inn igjen når dråpen avkjøles. Hvis man varmet opp alt glasset godt over glødepunktet, kjøler du utvendig raskt til rett over glødepunktet, kjøler det moderat raskt til rett under …
• … glødepunktet, og avkjølte den derfra relativt sakte for å forhindre at glasset sprekker, man kan ende opp med glass som var noe temperert, men ikke så sterkt som en Prince Pupert ‘ s dråpe siden kjøleutvendig ikke ‘ ikke kunne » klemme ut » glass fra interiør.
• Jeg er litt skeptisk til vakuumhypotesen din. Jeg tror selv i glass slår varmeoverføring ved konveksjon varmeoverføring ved stråling.
• Et interessant poeng. I mikrogravitasjon, hvis vi antar at glasset får lov til å oppnå termisk likevekt med ovnen, vil drivkraften for konveksjon ha en radial trykkgradient. Alt ville hengse på hvor raskt et ytre skall av svært tyktflytende glass ville dannes på grunn av stråling, sammenlignet med dannelsen av konvektive strømmer. Jeg forestiller meg at det ville være helt dominert av størrelsen på dråpen. Større dråper ville ha tid for konvektive strømmer å sette seg opp (som med jernkatastrofen på jorden ‘ s formasjon), mindre dråper kanskje ikke så mye. Jeg skulle ønske jeg hadde tid til å modellere det!

Jeg tror halen dannes som et resultat av hvordan glasset faller. I videoen skiller det smeltede glasset seg fra resten av klumpen og strekker seg – som Silly Putty eller smeltet mozzarellaost. Jeg forventer at du i det minste kunne forkorte halen ved å skjære det klissete glasset – men det er en mulighet for at resultatet vil eksplodere ved avkjøling, som antydet i nivags kommentar.

Tilstrekkelig sfæriske glasskuler ville være ganske vanskelig. Kanskje det kan gjøres ved hjelp av shot tower -konseptet, eller en slags støpemetode.

Det ble tidligere uttalt at en «perfekt» sfære ikke kan eksistere når det gjelder konstruksjon eller produksjon, men ignorerer trivialiteter, la oss svare på spørsmålet. En prins Ruperts dråpe er slik at smeltet glass er tyktflytende nok til å trekke av stangen din og ned i en bøtte med vann, noe som får glasset til å avkjøles raskt nok til å skape store mengder indre spenninger, noe som forårsaker den berømte effekten av å lage en uknuselig dråpe. Selv om du skulle snurre stangen raskt for ikke å ha en lang hale, ville det fremdeles eksistere noe tynt drag og gjøre en hale. Det kan være lite, men det vil fortsatt være der. Hvis du var interessert i å gjøre det mer sfærisk, kan du tenke deg å barbere av halen, men som du vet, resulterer et enkelt nick eller forstyrrelse i halen i en solid glasseksplosjon.

La » s sier du snurret stangen på en måte (i en magisk verden) slik at det ikke var noen hale. Da ville du ikke ha en Prince Ruperts dråpe!

Svaret på spørsmålet ditt er nei, det er ikke mulig å lage en sfærisk dråpe fra Prince Rupert fordi enten glasset ville eksplodere, eller så har du ikke den dråpen du lette etter.

Hva med dette. Lag dråpen som vanlig, men bruk det varmeste vannet du kan for å bremse dannelsen av spenningene som selvfølgelig fremdeles vil oppstå.Her er det kritiske trinnet …… reduser vanndypet ved eksperimentering og til slutt, slipp dråpen rett ved vannoverflaten, som til en viss grad skal redusere halelengden eller praktisk talt eliminere den. fall vil falle med mye redusert hastighet med tanke på den semi-vektløse tilstanden i vannet. En annen ting å tenke på ville være å klippe dråpen like før den faller. Ved å kutte dråpen rett før den faller, vil halen som avkjøles mye raskere hodet, er praktisk talt eliminert, og hodet med dets indre påkjenninger trues ikke av den sprø halen.

Kommentarer

• Egentlig dannes halen i luften før dråpen treffer vannet.

Kanskje du kan danne en sfæroide av smeltet glass i fritt fall, så slukk den med en kald gass.

Jeg foreslår en kald gass i stedet for en væske fordi du kan «t» slippe «den i en væske i fritt fall, og plaske den med en væske raskt nok til å raskt fryse det ytre ville trolig innebære asymmetriske krefter som ville forvrenge sfæren, mens en gass ville utøve likt trykk på alle sider. Det må være veldig kald gass! Jeg vet ikke om en tung gass som argon øker termisk ledning, eller noe som hydrogen eller helium kan fungere bedre.

Halen virker ikke som en nødvendig funksjon. Virker for meg at den er dannet før slukkingen av det dryppende glassets viskositet, ikke gjennom passasjen gjennom vannet. Halen ekstruderes ikke raskt fra blobben av raskt avkjølende glass; den er allerede tilstede, dannet av gravitasjon / strekking før slukking, og bare avkjøles i den haleformen.

Kommentarer

• blykuler blir laget med denne teknikken.

Det er ikke en perfekt sfære, men så nær som jeg har fått .

Suspender i oppvarmet stråle, og slipp den. Ferdig.

Du må kontrollere det tempererte nøye, for varmt og det flyr fra hverandre.

Kommentarer

• Kan beskriver du hvordan det oppfører seg i forhold til en typisk dråpe med lang hale? Kan du vise noen bilder eller video av sluttresultatet?

Etter at utsiden av en Prince Rupert-dråpe stivner, vil den raskt trekke seg sammen. Hvis det ikke er noe for glasset inni å gå under denne prosessen, vil dette føre til at utsiden er under betydelig spenning, noe som nesten garanterer at det sprekker (knitrende glass dannes ved å slukke et helt glassstykke kort, det ytre laget vil sprekke umiddelbart, men hvis alle de sprukne glassbitene er i kontakt med glass som fremdeles er smeltet, vil den samlede delen forbli intakt). Selv om det er mulig å avkjøle glass sakte nok til å forhindre sprekkdannelse, vil redusering av toppstrekkbelastningen tilstrekkelig for å forhindre sprekkdannelse også redusere mengden som en slik belastning kan forskyves mot å være komprimerende.

Denne vanskeligheten kan ved å senke glasset relativt sakte i vannet (halen er fortsatt festet til stangen den kom fra.) Hvis du gjør dette, vil det medføre at mens en del av utsiden av glasset har størknet og trekker seg sammen, vil det flytende glasset i midten vil under det meste av denne sammentrekningen ha en kontinuerlig bane med flytende glass som strekker seg ut av vannet.

På et tidspunkt vil glasset som kommer inn i vannet være så tynt at det ikke lenger er mulig for flytende glass skal strømme gjennom sentrum, men når det skjer, vil de større delene av glasset ha trukket seg sammen like mye som de kommer til, så mengden flytende glass som fortsatt må forskyves for å unngå å skape spenning vil være ganske liten, og så mengden spenning skapt av manglende evne til å fortrenge mer flytende glass fra interiøret vil også være liten.Hvis området av glasset som er tykt nok til å tillate væske å strømme gjennom sentrum, overlapper det området som er tynt nok til å unngå at det går i stykker når det avkjøles, kan dråpen avkjøles til romtemperatur uten for tidlig svikt. En jevn sfærisk klatt, men , ville ikke ha noe sted å forskyve den indre væsken for å unngå at trykket fra den væsken sprekker utvendig.

Ingen hale i null tyngdekraft. Så lenge materialet opprettholdes i et oppvarmet miljø, vil du ha en «nesten perfekt» sfære så lenge trykk og temperatur og fravær av tyngdekraften er konstant. Kjøling vil resultere i lignende ensartede belastninger som Ruperts Drop selv om effekten av halen ville mangle. Enhver forvrengning vil resultere i en «feil» og påvirke det jevne stresset og Ruperts Drop-effekt ville ikke eksistere. I en perfekt ide ville du ende opp med en «yourname» -kule.

Ja, og uten mye fremmede opplysninger, gjør det bare i mellomrommet uten tyngdekraft, med et vannsprøyteutstyr.

Fremgangsmåte:

1. smelt en flytende glassflaske ved hjelp av et par gassstrålebrennere, og for hånd ved hjelp av aerodynamisk kraft for å holde bloben relativt fast i rommet,

2. dirigere en spray av vanndråper fra flere vanndyser, kanskje tidligere anordnet i et radialt mønster med spraystrømmen rettet mot midten av sfærisk klatt.

Ikke-viktige detaljer som skal utarbeides av den kompetente eksperimentatoren.