Mükemmel küresel bir Prens Rupert'in düşüşü inşa etmek mümkün mü?

Prens Rupert'in Damlaları , erimiş camın soğuk suya damlatılmasıyla oluşturulan cam objelerdir. Damlanın dışı hızlı bir şekilde soğurken, iç kısım daha uzun süre sıcak kalır. Sonunda soğuduğunda, küçülür, yüzeyde çok büyük baskı gerilmeleri oluşturur.

Sonuç, bir tür sertleştirilmiş camdır: düşürme kafasına zarar vermeden çekiçleyebilirsiniz, ancak kuyruktaki çizikler patlayıcı bir parçalanmaya neden olur. Check out Bu videoyu.

Peki, küresel Prens Rupert'in damlacıklarını inşa etmek mümkün mü? Ve eğer öyleyse, nasıl? Bir uygulamanın bir örneği, geleneksel bilyalı rulman kürelerinin yerine geçer. Aşınma direncinde ve tolere edilebilecek azami yüklerde gelişmeler olacak ve bir cam küre yine de daha az maliyetli olacaktır.

Prens Rupert'in damlaları temperlenmiş bir silika cam bileşenine bir örnektir: yüzeyi iç kısmından daha hızlı bir şekilde soğutulmuştur. Camların temperlenmesi önemlidir, çünkü cama sertlik kazandırır, yani yük altında kırılmaya karşı direnç gösterme kabiliyeti, bir damlasın neden bir çekiçle vurulabileceğini ve hayatta kalacağını açıklar. Silika cam, diğer seramik malzemelerle ortak olduğu gibi, kırılma mukavemeti stres durumu ile aşıldığında kararsız çatlak yayılımı sergiler. Çoğu alaşımdan farklı olarak, seramik çok az veya hiç plastik deformasyon sergiler. Elastik sınırlarına ulaştıklarında kırılırlar. Bu nedenle, bir silika cam bileşenini çok fazla zorlarsanız, aynı anda hızlı bir şekilde kırılır.

Bir cam bileşen, dış yüzeyini iç yüzeyinden daha hızlı bir şekilde soğutmak suretiyle temperlenebilir, böylece bileşende muntazam olmayan bir artık gerilim dağılımı olur. Spesifik olarak, dış ilk katılaştığı için yoğunluğu artar ve ilk önce hacmini azaltır, malzemeyi içten dışa doğru çeker. Sonra, iç kısım daha az kalan malzeme ile katılaşırken dış kısımdan içeri doğru çeker. Ortaya çıkan gerilme durumu iç kısımdaki gerilme ve dıştaki sıkıştırmadır.

Çatlaklar, yalnızca çatlakta gerilme gerilimi olduğunda yayılır. Çatlakta artık bir sıkıştırma gerilimi varsa, gerginlikte vurgulanmadıkça kapalı kalacaktır. Sıkıştırma gerilmesinin çatlak açılmadan önce üstesinden gelinmesi gerektiğinden, çatlağın temperli bir cam parçadan geçirilmesi temperlenmemiş bir parçadan daha büyük bir gerilme gerilimi alır. Böyle bir çatlak, parçanın dış ve iç kısımları arasındaki nötr gerilme yüzeyinden geçerse, çatlak ucu, iç kısımdaki artık gerilme durumuna bağlı olarak gergin olacaktır. Bu tür bir çatlak, kalan gerilmelerin tümü serbest kaldıkça kararsız bir şekilde ilerlemeye başlayacak ve bunlar, hepsi düzensiz gerilme dağılımından elastik bir şekilde geri kazanılmaya maruz kaldıklarından, cam parçalarının patlamasına neden olacaktır.

Tüm bunlardan, "kusursuz" küresel, temperli bir cam bileşeninin teorik olarak mümkün olduğu açıkça görülmelidir, çünkü sadece camın dışının, tek biçimli olmayan gerilme dağılımını elde etmek için iç kısımdan daha hızlı soğutması gerekir. İstenilen şekli korurken. Yerçekimi ve viskozitenin bir kombinasyonu, geleneksel bir Prince Rupert'in damlasındaki kuyruğun nedenidir. Bu nedenle, bir "yüzer" cam bloğunun serbest yüzeyde yüzey gerilimi gevşetmesiyle serbest düşüşle oluşturulan bir damla gibi bu bileşenlerin her birinin çıkarılması bir viskoz cam küresine neden olabilir. Gevşeme uzun zaman alabilir ve cam bütün zaman viskoz tutulmalıdır. Bir sonraki adım, kuşkusuz zor olan şeklini bozmadan küreyi hızla soğutmaktır. Sıvılarla püskürtülmesi, yüzeyde dalgalanmalara neden olur ve suya daldırmanın, yavaşça sonsuz hareket etmesini gerektirir, bu da yanlış tip düzensiz stres dağılımına neden olur. Onu boşluğa maruz bırakmak yeterli olabilir, ancak yayılan ısı kaybı için herhangi bir hesaplama yapmadım.

Arzu edilen düzenek, büyük olasılıkla, boşlukta, içinde bir cam bloğu yüzen ve göreceli hızda olmayan bir radyasyon fırını olacaktır. Fırın, bir küreye gevşeyen camı eritir. Fırın kapanır, kapı açılır ve fırın hızla küreden uzaklaşır. Küre, radyasyon yayar, yüzeyi içten daha hızlı bir şekilde soğutur (veya umarız) ve cam temperlenir, bu da Prince Rupert'in Space Drop'ına yol açar.

Kuyruğun camın nasıl düştüğünün sonucu oluştuğunu düşünüyorum. Videoda, erimiş cam, topaktan geri kalanından ayrılır ve Silly Putty veya erimiş mozzarella peyniri gibi esner. Aşırı kokulu bardağı keserek kuyruğu kısaltabileceğinizi umuyorum - ama nivag'in yorumunda önerildiği gibi sonucun soğutmada patlaması ihtimali var.

Yeterince küresel cam toplar oldukça zor olurdu. Belki atış kulesi konsepti ya da bir çeşit kalıplama yöntemi kullanılarak yapılabilir.

Daha önce, “mükemmel” bir kürenin mühendislik ya da üretim açısından var olamayacağı, ancak önemsizlikleri göz ardı edemediğimiz sorusunu cevaplayalım. Bir Prens Rupert'in düşüşü, erimiş camın çubuktan ve bir kova suya düşecek kadar viskoz olması ve camın yüksek miktarlarda iç gerginlik yaratabilecek kadar hızlı soğumasına neden olmakta ve bu da kırılmaz bir gözyaşı yaratmanın etkilerine yol açmaktadır.

Çubuğu uzun bir kuyruğa sahip olmayacak şekilde hızlı bir şekilde döndürseniz bile, bir miktar ince sürükleme hala mevcut olacak ve bir kuyruk oluşturacaktır. Küçük olabilir, ama yine de orada olurdu. Daha küresel hale getirmekle ilgileniyorsanız, kuyruk ucunu tıraş etmeyi düşünebilirsiniz, ancak bildiğiniz gibi, kuyruk ucuna tek bir takma veya rahatsızlık vermek katı bir cam patlamasına neden olur.

Diyelim ki çubuğu bir şekilde (büyülü bir dünyada) döndürerek kuyruğun olmasın. O zaman bir Prens Rupert'in düşüşü olmazdı!

Sorunuzun cevabı hayır, küresel bir Prince Rupert'in düşüşünü yapmak mümkün değil, çünkü cam patlar ya da sizin için basitçe aradığınız damla yoktur.

Peki buna ne dersin. Her zamanki gibi damlayı yaratın, ancak elbette gerçekleşecek gerilmelerin yaratılmasını yavaşlatmak için mümkün olan en sıcak suyu kullanın. İşte kritik adım ...... deneyle suyun derinliğini azaltın ve son olarak, bir dereceye kadar kuyruğun uzunluğunu azaltması veya pratik olarak ortadan kaldırması gereken su yüzeyindeki damlayı serbest bırakın. Sudaki yarı ağırlıksız koşul göz önüne alındığında, damla çok düşük oranda düşer. Dikkate alınacak bir diğer şey, düşmeden hemen önce onu düşürmek olacaktır. Damlanın düşmeden hemen önce kesilmesiyle baştan daha hızlı soğuyan kuyruk pratik olarak elimine edilir ve bu nedenle iç gerilimleri olan baş kırılgan kuyruk tarafından tehdit edilmez.

Belki serbest düşüşte erimiş bir cam küresi oluşturabilir, sonra soğuk bir gazla söndürebilirsiniz.

Sıvı yerine soğuk gaz öneririm çünkü serbest düşüşte bir sıvıya "damlayamazsınız" ve dışını hızlı bir şekilde dondurmak için yeterince hızlı bir şekilde sıvı ile sıçratmak, muhtemelen küreyi bozacak asimetrik kuvvetleri içerecektir, oysa bir gaz her tarafa eşit baskı uygular. Çok soğuk bir gaz olmalı! Argon gibi ağır bir gazın ısı iletimini arttırıp artırmadığını ya da hidrojen veya helyum gibi bir şeyin daha iyi çalışıp çalışmayacağını bilmiyorum.

Kuyruk gerekli bir özellik gibi görünmüyor. Bana sudan geçiş değil, damlayan camın viskozitesi ile su verme öncesinde oluşmuş gibi geliyor. Kuyruk hızlı bir şekilde hızla soğutma camının bloğundan sıkılmamaktadır; Sulamadan önce yerçekimi / gerilme ile oluşur ve sadece bu kuyruk biçiminde soğur.

Mükemmel bir küre değil, edindiğim kadar yakın.

Isıtılmış jet ile askıya alın, sonra bırakın. Bitti.

Ilıman sıcaklığı çok dikkatli bir şekilde kontrol etmelisiniz, çok sıcak ve uçar.

"Mükemmel" küreyi unutun ama neden hiçbir şekilde yapılamadığını anlamıyorum. Sadece dışını hızlı soğutmalısın. Pyrex'in bu şekilde yapıldığını, stresler içinde olduğunu hatırlıyor gibiyim .. ama bir bağlantı bulamadım. Bu yardımcı olabilir.

Prens Rupert'in düşürülmesinin katılaştıktan sonra, hızlı bir şekilde daralacak. Bu işlem sırasında, içerideki camın gitmesi için hiçbir yer yoksa, bu durum dışarıdan belirgin bir gerilim altında kalmasına neden olacak ve neredeyse çatlayacağının garantisini verecektir (çatlak-cam, bütün bir cam parçanın kısaca söndürülmesiyle oluşturulur; dış tabaka çatlayacaktır; hemen, ancak tüm çatlamış cam parçaları hala erimiş camla temas halinde ise, bütün parça bozulmadan kalacaktır). Camın çatlamasını önlemek için yeterince yavaş soğutmak mümkün olsa da, çatlamayı önlemek için tepe çekme yükünün yeterince azaltılması, bu tür bir yükün sıkıştırma işlemine doğru kaydırılabileceği miktarı da azaltacaktır.

Bu zorluk, camı suya nispeten yavaşça indirerek (kuyruk hala geldiği çubuğa tutturulur) aşılabilir. Bunu yapmak, camın dışının bir kısmı katılaşmış ve büzülürken, ortadaki sıvı camın, bu büzülmenin çoğu sırasında, sudan çıkan sürekli bir sıvı cam yoluna sahip olacağı anlamına gelecektir.

Bir noktada, suya giren cam o kadar ince olacak ki, sıvı camın merkezden akması artık mümkün olmayacak, ancak bu durumda camın daha büyük bölümleri neredeyse olduğu kadar büzülmüş olacak. bu nedenle, gerilmeyi önlemek için hala yerinden edilmesi gereken sıvı camın miktarı oldukça küçük olacaktır ve bu nedenle, herhangi bir daha fazla sıvı camın iç kısmından yer değiştirememesiyle yaratılan gerilim miktarı da aynı şekilde küçük olacaktır. Camın merkezden sıvı akışını sağlayacak kadar kalın olan bölge, soğuduğunda kırılmaması için yeterince ince olan bölgeye çakışırsa, damla erken bozulmadan oda sıcaklığına soğutulabilir. Bununla birlikte, düzgün bir küresel blob,

Sıfır yerçekiminde kuyruk yok. Malzeme ısıtılmış bir ortamda tutulduğu sürece, basınç ve sıcaklık ve yerçekimi olmadığı sürece "mükemmel" bir küreye sahip olursunuz. Soğutma, kuyruğun etkisinin kaybolmasına rağmen Rupert'in Düşüşüne benzer üniforma gerilimleriyle sonuçlanacaktır. Herhangi bir çarpılma, bir "kusur" ile sonuçlanacak ve muntazam gerilmeyi ve Rupert'in Düşüş efektini etkileyecektir. Mükemmel bir fikir , bir "adınız" küresi ile bitirdiniz.