สปริงที่เบาที่สุดคืออะไร?

ฉันสงสัยว่ามีสปริงแรงพอและเบาพอที่จะพองลมเมมเบรนอัดลมหรือไม่เพื่อให้มันลอยอยู่ที่ Standard Temp & Pressure

ยกตัวอย่างเช่นกระบอกสูบขนาด 10 ซม. จะเคลื่อนออกไปภายใต้อากาศเพียง 1 กรัม แต่สปริงทรงกระบอกจะต้องต่อต้านแรงดันบรรยากาศ 162 กก. ในโครงสร้างนั้น มีสปริงแบบทรงกระบอกขนาด 162 กิโลกรัม 10 ซม. ที่มีน้ำหนักน้อยกว่า 1 กรัมหรือไม่?

แต่นั่นเป็นเพียงการออกแบบสปริงตัวเดียว โดยทั่วไปแล้วสปริงแบบใดที่ให้อัตราสูงสุดต่อน้ำหนัก? ข้อ จำกัด ในทางปฏิบัติในปัจจุบันของอัตราสปริงเทียบกับมวลสปริงคืออะไรและใช้วัสดุอะไร

springs

— feetwet
แหล่งที่มา

ฉันไม่แน่ใจว่าฉันเข้าใจคำถามของคุณอย่างเต็มที่ คุณพูดถึง "10cm cilinder" และบอกจำนวน (ปริมาตร) ที่อากาศถ่ายเท แต่จะไม่มีการระบุขนาดทั้งหมด 162 กิโลกรัมนั้นมาจากไหน? หากคุณสามารถเพิ่มรูปวาดมันจะช่วยได้มาก

— Vladimir Cravero

ฉันคิดว่า OP อาจกำลังพูดถึงสปริง (ซึ่งอยู่ในสุญญากาศ) ที่ใช้แรงกับเมมเบรนซึ่งจะเป็นการเพิ่มปริมาณของระบบสปริงเมมเบรนทำให้การลอยตัวในระบบเพียงพอที่จะลอยอยู่ในอากาศ

— มีนาคม Ho

@VladimirCravero: 10cm ทรงกระบอกขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 10 ซม. สูง 10 ซม. 162 กก. มาจากความกดอากาศมาตรฐาน ~ แบริ่ง 1.033 กก. / ซม. 2 บนพื้นผิวด้านบนและด้านล่างของกระบอกสูบซึ่งอยู่ในมิติที่บีบอัดได้เพียงระบบเดียวในระบบที่อธิบายไว้ MarchHo: ถูกต้องแล้ว!

— feetwet

เห็นได้ชัดว่าก๊าซฮีเลียมค่อนข้างมีประสิทธิภาพในตอนนี้หรือไม่ นอกจากนั้นฉันไม่เข้าใจคำถาม "ทรงกระบอก" ของคุณทำมาจากอะไร?

— Dave Tweed

อย่างน้อยก็มีคำตอบสำหรับคำถามนี้อย่างน้อยจากมุมมองทางวิศวกรรมในปัจจุบัน: ไม่ - แต่รายละเอียดต้องอธิบายว่าทำไม คำถามย่อยซึ่งเป็นสปริงที่เบาที่สุดที่มีค่าสูงสุด k ก็โอเค

— John HK

ฉันรู้ว่าคำถามของคุณเกี่ยวกับสปริง แต่ฉันไม่คิดว่าสปริงเป็นคำตอบสำหรับแอปพลิเคชันที่คุณต้องการ

ดังที่คุณกล่าวถึงแรงภายในจากแรงดันอากาศมีขนาดใหญ่มากดังนั้นไม่เพียง แต่คุณต้องมีสปริงที่แข็งแรง แต่คุณต้องมีวัสดุสำหรับการติดตั้งซึ่งมีน้ำหนักเบาและสามารถรับแรงเหล่านั้นได้ นอกจากนี้คุณจะต้องอพยพอากาศที่ผ่านเข้าไปในวัสดุในระดับโมเลกุล มีเหตุผลที่ดีที่เครื่องบินที่เบากว่าอากาศใช้ก๊าซความหนาแน่นต่ำภายในบอลลูน:

ไม่มีข้อกำหนดสำหรับวัสดุที่แข็งแรงและเบาเป็นพิเศษ
ไม่มีความแตกต่างของความดัน (หรือต่ำมาก) ระหว่างด้านในและด้านนอกดังนั้นจึงไม่มีแนวโน้มที่ก๊าซจะหนีหรือบรรยากาศที่จะซึมเข้าไป

คุณอาจจะสนใจที่จะอ่านบทความวิกิพีเดียเรือบินสูญญากาศโดยเฉพาะในส่วนที่เกี่ยวกับข้อ จำกัด ของวัสดุ นี่แสดงให้เห็นถึงการพิสูจน์ว่าแม้จะใช้รูปทรงที่มีความแข็งแรง (ทรงกลมกลวง) ที่ทำจากเพชรความกดดันนั้นยอดเยี่ยมเกินกว่าที่โครงสร้างจะทนได้เมื่อคุณบางลงเพื่อให้มีน้ำหนักเบาพอที่จะลอยตัว

เรือเหาะ

ในสภาวะที่สมบูรณ์แบบเหล่านี้มันเป็นไปไม่ได้ดูเหมือนว่าไม่น่าจะเป็นไปได้ที่จะเกิดสปริงในบอลลูน อย่างไรก็ตามบทความวิกิพีเดียเปิดทิ้งความเป็นไปได้ว่าหากผนังทรงกลมไม่มั่นคงตัวอย่างเช่นถ้ามันทำจากโครงสร้างรังผึ้งก็อาจเป็นไปได้

อัปเดต: เห็นได้ชัดว่าคณิตศาสตร์ได้ถูกทำขึ้นเพื่อแสดงให้เห็นว่าเป็นไปได้ในทางทฤษฎี แต่ก็ไม่ชัดเจนว่าได้มีการนำไปใช้จริงหรือไม่

— jhabbott
แหล่งที่มา

ร่วมกับผู้เขียนร่วมของฉันฉันทำคณิตศาสตร์ (การวิเคราะห์องค์ประกอบ จำกัด ) สำหรับแซนวิชทรงกลมที่มี honeycombs มันเป็นไปได้ที่จะสร้างบอลลูนสูญญากาศด้วยวัสดุที่มีอยู่ในปัจจุบัน โปรดดูการอ้างอิงถึงการยื่นขอสิทธิบัตรของเราในบทความ Wikipedia

— akhmeteli

@khmeteli โอ้ว้าวมันเยี่ยมมาก! คุณช่วยแก้ไขคำถามที่ฉันพูดว่า "ฉันไม่รู้ว่าถ้าใครทำคณิตศาสตร์" เพื่ออ้างตัวเองว่าทำคณิตศาสตร์ไปแล้วและข้อสรุปของคุณคืออะไร เท่าที่ฉันสามารถบอกความคิดเห็นในบทความยังคงยืนอยู่ ... มันอาจเป็นไปได้ แต่ยังไม่ได้ทำ? การแก้ไขของคุณจะต้องได้รับการอนุมัติและคุณจะได้รับการตอบกลับ โอ้และยินดีต้อนรับสู่ Engineering.SE :)

— jhabbott

ขอบคุณสำหรับคำใจดี ฉันไม่ใช่แฟนตัวยงของการแก้ไขอะไร แต่ถ้าคุณมีคำถามฉันจะพยายามตอบ

— akhmeteli