Quais são as fontes mais leves?

Gostaria de saber se existe uma mola suficientemente forte e leve o suficiente para inflar uma membrana hermética, de forma que flutue na temperatura e pressão padrão.

Como exemplo, um cilindro de 10 cm deslocaria pouco menos de 1 grama de ar, mas uma mola cilíndrica teria que se opor a 162 kg de força atmosférica nessa configuração. Existe uma mola cilíndrica de 162 kg e 10 cm que pesa menos de 1 grama?

Mas esse é apenas um projeto de mola. De um modo mais geral, quais projetos de molas oferecem a maior relação taxa / peso? Quais são os limites práticos atuais da taxa de molas versus massa da mola e do uso de quais materiais?

springs

— footwet
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Não sei se entendi completamente sua pergunta. Você fala de um "cilindro de 10 cm" e de quanto volume (volume) ele desloca, mas nem todas as dimensões são fornecidas. E de onde vêm esses 162 kg? Se você pode adicionar um desenho, deve ajudar bastante.

— precisa saber é o seguinte

Acho que o OP pode estar falando sobre a mola (que está no vácuo) exercendo força sobre uma membrana, o que aumenta o volume do sistema de membrana da mola, tornando todo o sistema flutuante o suficiente para flutuar no ar.

— Ho Ho

@VladimirCravero: o cilindro de 10cm tem 10cm de diâmetro e 10cm de altura. 162 kg é proveniente da pressão barométrica padrão ~ 1,033 kg / cm2, nas superfícies superior e inferior do cilindro, que estão na única dimensão compressível no sistema descrito. MarchHo: exatamente certo!

— feetwet

Não é óbvio que o gás hélio é bastante eficaz nisso? Fora isso, eu não entendo a pergunta. De que material rígido e sem peso o seu "cilindro" é feito?

— Dave Tweed

Bem, há uma resposta para essa pergunta, pelo menos do ponto de vista atual da engenharia: Não. - Mas uma detalhada precisa explicar o porquê. A subquestão, que é a primavera mais leve com o k mais alto, está bem.

— John HK

Sei que sua pergunta é sobre molas, mas não acho que elas sejam a resposta para a aplicação desejada.

Como você mencionou, a força interna da pressão do ar é muito grande, além de precisar de uma mola forte, mas também de um material para os painéis que seja leve e possa suportar esse tipo de força. Além disso, você precisaria evacuar o ar que penetra no material em nível molecular. Existem boas razões para aeronaves mais leves que o ar usarem um gás de baixa densidade dentro do balão:

Não há requisitos para materiais excepcionalmente fortes e leves.
Não há diferencial de pressão (ou muito baixo) entre o interior e o exterior e, portanto, não há tendência para o gás escapar ou a atmosfera penetrar.

Você pode estar interessado em ler o artigo da Wikipedia sobre aeronaves a vácuo , em particular a seção sobre restrições de materiais . Isso mostra a prova de que, mesmo usando uma forma forte (esfera oca) feita de diamante, as pressões são muito grandes para a estrutura suportar uma vez que você a afina para ser leve o suficiente para se tornar flutuante.

Barco voador

Dado que nessas condições ideais não é possível, parece improvável que uma mola em um balão seja possível. No entanto, o artigo da Wikipedia deixa em aberto a possibilidade de que, se a parede da esfera não for sólida, por exemplo, se for feita de uma estrutura de favo de mel, ainda será possível.

Atualização: Aparentemente, a matemática foi feita para mostrar que isso é possível em teoria, mas não está claro se ela foi implementada com êxito.

— jhabbott
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Juntamente com meu co-autor, fiz as contas (análise de elementos finitos) para uma esfera sanduíche com favos de mel. É possível fazer um balão de vácuo com os materiais atualmente disponíveis. Consulte a referência ao nosso pedido de patente no artigo da Wikipedia.

— akhmeteli

@akhmeteli oh uau, isso é muito legal! Você poderia, por favor, editar a pergunta em que eu disse: "Não faço idéia se alguém já fez as contas" para se citar como tendo feito as contas e quais foram suas conclusões. Tanto quanto posso dizer, o comentário no artigo ainda permanece ... pode ser possível, mas ainda não foi feito? Sua edição precisará ser aprovada e você receberá um representante. Ah, e bem-vindo ao Engineering.SE :)

— jhabbott

Obrigado pelas amáveis palavras. Mas não sou muito fã de editar nada, mas se você tiver alguma dúvida, tentarei responder.

— precisa saber é o seguinte