¿Flotaría una aspiradora en el aire si se encontrara un material capaz de contenerlo?

El problema no es tanto, encontrar el material que podría contenerlo, sino encontrar un material que pueda sostenerse en el tamaño necesario. Si tiene éxito, flotaría, pero tendría que ser enorme.

Si bien los cubos imaginarios facilitan los cálculos, la forma óptima del recipiente sería una esfera. Esto optimiza el volumen por unidad de superficie. El material del contenedor tendría algo de grosor, pero podemos comenzar pensando en pequeño, para obtener una primera estimación de la ingeniería.

Nunca he cortado una sección transversal de un tanque de propano para una parrilla doméstica, pero al pensar en la resistencia de los elementos cotidianos, como los clavos comunes, creo que una pieza de acero de aproximadamente medio centímetro de espesor debería tener suficiente rigidez para evitar deformación con fuerzas de aproximadamente 14 libras por pulgada cuadrada, más algo de esfuerzo durante la fabricación.

Podemos aproximar el acero requerido para nuestra primera esfera de prueba considerando la superficie y un material de 0,5 cm de espesor. Con un peso de acero de aproximadamente 7850 Kg por metro cúbico, necesitamos una superficie (4 pi r ** 2) de 0.005 metros de espesor a 7850 Kg / metro cúbico que contenga al menos un volumen (4/3 pi r ** 3) a 1.2 Kg por metro cúbico. Por lo tanto, necesitamos fabricar una esfera de aproximadamente 98,2 metros de radio, o un poco menos de 200 metros de diámetro (permitiendo un poco para que el hardware de conexión bombee el aire).

El desafío es que nuestra esfera de prueba debe pesar 4,75 millones de kilogramos. El peso de la mitad superior de la esfera producirá fuerzas de compresión y compresión que pueden exceder la resistencia del acero al grosor sugerido. Miré hacia arriba la resistencia a la compresión del acero y, si descubrimos cómo sostener externamente la esfera de manera uniforme durante el montaje, podría sobrevivir a la evacuación inicial en un día de calma, pero probablemente colapsaría catastróficamente, en la primera ráfaga. de viento Piense en una lata de aluminio vacía, ligeramente presionada en el costado. Una vez que la esfera comenzara a deformarse, la integridad de su equilibrio de fuerzas se perdería y el objeto entero se derrumbaría. Uno probablemente no querría estar cerca, y definitivamente no debajo de la esfera.

Para proporcionar rigidez adicional, la cantidad de acero necesitaría ser aumentada, pero el diámetro de nuestra esfera también necesitaría aumentar para contrarrestar el peso adicional.

Hacer un dirigible que se eleva desde una aspiradora es un desafío de ingeniería de materiales más difícil que hacer un globo de plomo o una canoa de concreto.

Entre otros problemas, la lluvia ligeramente ácida que cae sobre una superficie de plomo contamina el agua de lluvia con plomo. Los estudiantes universitarios ya no hacen globos de plomo con mucha frecuencia. Recuerdo haber visto fotos y videos de globos de plomo en años pasados. Los Cazadores de Mitos lo hicieron en su programa una vez.

Por otro lado, las canoas de concreto no requieren materiales peligrosos. Los estudiantes de ingeniería civil tienen carreras anuales de canoas de concreto en bastantes colegios de ingeniería.

Un recipiente que pueda mantener el vacío y que sea lo suficientemente ligero como para flotar es tan útil como un globo de plomo. Por otro lado, las habilidades de ingeniería para producir tal cosa son muy útiles.

Si aún no los hemos visto, sospecho firmemente que veremos algunos en el futuro cercano. No porque sea un camino útil para un viaje más liviano que aéreo, sino porque es una buena demostración de la experiencia en ingeniería.

Sí, el problema es el contenedor.

Un objeto flota en un medio si es más ligero que el volumen del medio que desplaza.

Por lo tanto, si tenemos un contenedor de cubo rígido de 1 m, que está hueco y evacuado (es decir, el interior es un vacío), entonces solo flotará en el aire si la masa de todo el sistema es inferior a [matemática] 1m ^ 3 [/ matemática ] de aire: 1,2 kg en condiciones normales.

Por lo tanto, debe crear una caja de 1m ^ 3 que pese menos de 1.2 kg, pero que también sea capaz de soportar un diferencial de presión de 1 bar entre su interior y su exterior.

No creo que esto sea posible con los materiales que tenemos hoy, ¡es demasiada fuerza para esperar de algo tan ligero!

Si. Aproximamos un vacío al llenar un globo con hidrógeno o helio; ninguno de los dos pesa mucho, por lo que un globo actúa como si estuviera lleno de vacío.

A modo de comparación, un metro cúbico de aire pesa 1,29 kg. Un metro cúbico de hidrógeno pesa alrededor de 0,09 kg. Entonces, la fuerza hacia arriba en metros cúbicos o hidrógeno es la diferencia, aproximadamente 1.20 kg (menos el peso del globo). Para el vacío, sería de 1,29 kg, no mucho mejor.

El helio tiene una densidad (temperatura ambiente) de 0.164 kg por metro cúbico. Entonces, la elevación en un metro cúbico de helio sería 1.29 (para el aire) menos 0.164, para una red de 1.13 kg.

Tenga en cuenta que un metro cúbico de hidrógeno es un globo bastante grande, y solo levanta 1.2 kg (2.6 lb). Eso significa que se necesita un globo muy grande para levantar a una persona. La fantasía de la infancia de aferrarse a un montón de globos y flotar hacia el cielo está muy lejos de la realidad.

Si. La importancia del gas de globo es simplemente que es una forma conveniente de hacer que el globo sea grande contra la presión atmosférica sin pesar más que el aire que está evitando. Si tuviera un material súper fuerte y súper ligero con el que pudiera construir un tanque de vacío, flotaría. Un barco de acero es básicamente el mismo esquema para el agua. Lamentablemente, el aire es muy ligero y está sometido a una presión considerable, por lo que ni siquiera es práctico.

Si la masa total del recipiente que contiene el vacío es menor que la masa del aire que desplaza, entonces el recipiente “lleno de vacío” se elevará hasta que la densidad del aire se reduzca al punto donde la masa del aire desplazado sea igual a la masa del contenedor.

Si el contenedor pesa demasiado, entonces no flotará.

Si el empuje total hacia arriba (fuerza de elevación) es mayor que el empuje hacia abajo total de (contenedor de vacío + material dentro del contenedor), entonces flotará.

Sí, si el material del contenedor no excede la masa del aire desplazado.

Sí, si estira la estructura lo suficiente como para crear un peso menor (o casi igual) que el aire que desplaza a la altitud de operación.