¿Cuáles son los resortes más ligeros?

Me pregunto si hay un resorte lo suficientemente fuerte y ligero como para inflar una membrana hermética para que flote a la temperatura y presión estándar.

Como ejemplo, un cilindro de 10 cm desplazaría un poco menos de 1 gramo de aire, pero un resorte cilíndrico tendría que oponerse a 162 kg de fuerza atmosférica en esa configuración. ¿Existe un resorte cilíndrico de 162 kg y 10 cm que pese menos de 1 gramo?

Pero ese es solo un diseño de primavera. En términos más generales, ¿qué diseños de resorte proporcionan la relación más alta tasa / peso? ¿Cuáles son los límites prácticos actuales de la tasa de resorte frente a la masa de resorte y con qué materiales?

springs

— pies mojados
fuente

No estoy seguro de entender completamente tu pregunta. Usted habla de un "cilindro de 10 cm" y cuánto aire (volumen) desplaza, pero no se dan todas las dimensiones. ¿Y de dónde vienen esos 162 kg? Si puede agregar un dibujo, debería ayudar mucho.

— Vladimir Cravero

Creo que OP podría estar hablando de que el resorte (que está en el vacío) ejerce fuerza sobre una membrana, lo que aumenta el volumen del sistema de membrana de resorte, haciendo que todo el sistema sea lo suficientemente flotante como para flotar en el aire.

— Marzo Ho

@VladimirCravero: el cilindro de 10 cm tiene 10 cm de diámetro y 10 cm de alto. 162 kg proviene de una presión barométrica estándar ~ 1.033 kg / cm2 en las superficies superior e inferior del cilindro, que están en la única dimensión compresible en el sistema descrito. MarchHo: exactamente correcto!

— Footwet

¿No es bastante obvio que el gas helio es bastante efectivo en esto? Aparte de eso, no entiendo la pregunta. ¿De qué material rígido y sin peso está hecho su "cilindro"?

— Dave Tweed

Bueno, hay una respuesta a esta pregunta, al menos desde el punto de vista de la ingeniería actual: No. Pero una detallada tiene que explicar por qué. La subpregunta, que es el resorte más ligero con la k más alta, está bien.

— John HK

Sé que su pregunta es sobre resortes, pero no creo que los resortes sean la respuesta a su aplicación deseada.

Como mencionó, la fuerza interna de la presión del aire es muy grande, por lo que no solo necesita un resorte fuerte, sino que también necesita un material para el panel que sea ligero y pueda soportar ese tipo de fuerzas. Además, necesitaría evacuar el aire que se filtra a través del material a nivel molecular. Hay buenas razones por las que las aeronaves más livianas que el aire usan un gas de baja densidad dentro del globo:

No se requieren materiales excepcionalmente fuertes y ligeros.
No hay (o muy baja) diferencia de presión entre el interior y el exterior, y por lo tanto, no hay tendencia a que el gas escape o la atmósfera se filtre.

Puede que le interese leer el artículo de Wikipedia sobre dirigibles de vacío , en particular la sección sobre restricciones de materiales . Esto muestra la prueba de que incluso usando una forma fuerte (esfera hueca) hecha de diamante, las presiones son demasiado grandes para que la estructura pueda resistir una vez que la adelgaza para que sea lo suficientemente ligera como para flotar.

Barco volador

Dado que en estas condiciones ideales no es posible, parece poco probable que sea posible un resorte en un globo. Sin embargo, el artículo de Wikipedia deja abierta la posibilidad de que si la pared de la esfera no fuera sólida, por ejemplo, si estuviera hecha de una estructura de nido de abeja, aún podría ser posible.

Actualización: Aparentemente, las matemáticas se han hecho para mostrar que esto es posible en teoría, pero no está claro si se ha implementado con éxito.

— jhabbott
fuente

Junto con mi coautor, hice los cálculos (análisis de elementos finitos) para una esfera de sándwich con panales. Es posible hacer un globo de vacío con los materiales disponibles actualmente. Consulte la referencia a nuestra solicitud de patente en el artículo de Wikipedia.

— akhmeteli

@akhmeteli oh wow, eso es genial! ¿Podría por favor editar la pregunta donde dije "No tengo idea si alguien ha hecho los cálculos" para citarse a sí mismo como haber hecho los cálculos y cuáles fueron sus conclusiones. Por lo que puedo decir, el comentario en el artículo sigue en pie ... ¿ puede ser posible pero aún no se ha hecho? Tu edición tendrá que ser aprobada, y obtendrás algún representante. Ah, y bienvenidos a Engineering.SE :)

— jhabbott

Gracias por las amables palabras. Sin embargo, no soy un gran admirador de editar nada, pero si tiene preguntas, intentaré responder.

— akhmeteli