Технические фантазии в реальном воплощении
Technical fantasies in real entailment
Код tech.tft
в информационном канале Subscribe.ru
Выпуск No 133.
Автор и ведущий Cesiy

О космических шариках (продолжение)

23.07.2004.

                Вначале это было под названием «Космические шарики», в выпуске No 68 за 15.09.2002.

Там была приведена некоторая реальная фантастика, однако, за 2 прошедших года

ничего не изменилось и нового не появилось, не было об этом слышно.

Введение в тему состоялось (No 68), и там, на мой взгляд, достаточно прилично были изображены принципы «космических шариков». Пожалуйста, посмотрите!

1.

Теперь можно о них продолжить. Они могут быть разных размеров, однако, их наружные поверхности – естественно, в виде шара. Их смысл и действие в том, что они, выпущенные из рук, взмывают в атмосфере воздуха вверх.

Потому что внутри таких шариков по всему объему воздуха нет. Там вакуум.

Появляется сила выталкивания, если вес вытесненного воздуха больше веса шарика. Происходит так же, как у пузырька воздуха в воде, улетающего вверх. Он сам держит форму и давление воды –

 и летит вверх.

Шарик не из воздуха (например, от пинг-понга) по тем же причинам тоже летит в воде вверх.

2.

Для тех же целей нужно чтобы шарик в воздухе объемом, например, в 1 куб. м весил меньше 1,2 кг. Удельный вес воздуха в нормальных условиях 1,205 кг/куб. м.

Так и будет, если в нем или в его части вакуум.

Как это сделать? Нужно просто выкачать из него воздух. И проблема здесь только в том, чтобы при этом оболочка выдерживала наружное давление, а её вес был бы незначительным. В этом и есть противоречие.

3.

Можно представить, что шар объемом в 1 куб. м имеет сверхтонкую и сверхлегкую оболочку. Нужно удержать её от смятия. Сделать это можно, в частности, так: нужно поместить во внутрь по всему объему более мелкие шарики (тоже относительно невесомые!). Тогда наружная оболочка обопрется на них и после выкачивания воздуха из пространства между шариками сохранит свою форму.

Сами более мелкие шарики тоже сделаны таким же образом – их оболочка опирается на ещё более мелкие шарики, помещенные во внутрь. И тэ дэ.

Таким образом, внутри шара вакуум и он, если его не удерживать, устремляется вверх.

4.

Если разрезать его наружную оболочку, во внутрь попадает воздух, и более мелкие шарики, оказавшись в воздухе под атмосферным давлением, вылетают через разрез вверх. Тогда, когда они были внутри, они не были под атмосферным давлением – были в вакууме – и им не нужно было удерживать свою форму, так как внутри них тоже был вакуум.

Там можно бы даже каждый из них проколоть – ничего бы не произошло.

Тогда зачем они? Только для того, чтобы удержать действующее на них давление от общей наружной оболочки. При этом действии они должны сохранять свою форму.

И они её сохраняют, несмотря на то, что внутри них тоже вакуум, сохраняют за счет их наполненности еще более мелкими шариками, удерживающих форму предыдущих.

5.

Все шарики изготовлены по одному и тому же принципу, только они разных (уменьшающихся) размеров и увеличивающихся количеств.

Получается некая объемная гирлянда. Она такая, что сначала точек давления относительно мало – их столько, сколько начальных точек соприкосновения, в частности, их 18 (в самом простом случае). Затем число точек соприкосновения увеличивается и становится таким, сколько точек соприкосновения между более мелкими шариками, умноженное на число мелких шариков. Так сказать, по мере ухода во внутрь,  растет некая «плотность». Что-то похожее на пирамиду MLM: главные наверху, а многочисленные – внизу. И опора в конце концов на них.

Повторю ещё раз. Получается растущее число точек соприкосновения, и при малом весе – внутри всех вакуум – возникает такая архитектурная решетка, которая удерживает давление по сверхмелким шарикам. Их огромное количество, которые передают его затем к большому числу мелких шариков, затем к тем, которые держат наружную оболочку.

Во всех внутренних шариках (и между ними) вакуум. Внутри себя они не содержат ничего.

6.

Они имеют только сверхтонкую оболочку. Вопрос: зачем? И тем самым создают структуру опор, которые чем глубже, тем многочисленнее. Получается самая рациональная структура шариковых опор, какая бы тонкая оболочка у них ни была.

Можно наполнить шар по всему объему в 1 куб. м только сверхмелкими шариками, но тогда их общая поверхность (соответственно, вес) возрастают очень сильно. В структуре MLM так не принято. Поэтому механическая архитектура, как это было представлено, получается более рациональной, можно сказать, оптимальной по минимуму поверхности.

Кроме того, увеличивается и объем выкачиваемого воздуха из межшарикового пространства.

Таким образом, остается только решетка связей между шариками различной величины.

7.

Как известно, см. похожий пример в выпуске No 95 за 24.04.2003 г. «Шарики в пакете», где показано, что если выкачать воздух из оболочки, содержащей шарики, под действием атмосферного давления получается твердая структура, заданную форму которой трудно изменить. И легко изменить, если её проколоть, соединив с атмосферой. Там же начата тема относительно применения пенопласта.

То же самое происходит в рассматриваемом случае. Отличие состоит лишь в том, что теперь сами шарики и весь большой шар относительно невесомы, и «содержат» не вес, а вакуум. Однако сохраняют при этом (временно) твердость формы, так как находятся под атмосферным давлением, и внутренние шариковые «точечные» соединения, обеспечивающие жесткость. Шарики внутри себя не имеют массы (она в данном случае не имеет смысла) – важно только сохранение формы оболочки. Она, в общем, и, в частности, обеспечивается удерживанием её постепенным умельчением наполняющих.

Здесь последнее слово за сверхмелкими шариками. Они не могут существовать без массы. Из чего их делать? Сколько их?

8.

Их количество легко подсчитать. Они держат только предпоследнюю решетку. И пришли мы к ним через ряд шариковых «ступенек». Нужно понять, сколько шаров можно поместить в общий шар, в его шаровую структуру. Сколько их нужно, чтобы заполнить объем шара другими шарами?

Технология изготовления «сверхмелких» такова. Они могут быть теперь без оболочки. Только со структурой и решеткой, которые держат их очень маленький диаметр. Они – это пенопластовые шарики-пылинки. Их несметное количество диаметром от 1 до 3 мм носится в воздухе там, где есть производство пенопластовых панелей. И те из них, которые минимальной плотности, летают, как пыль в воздухе. Это отходы производства, однако, ничего не стоит изготавливать их специально. И насосом выдувать по трубчатому каналу, заполняя ими технологическую сетчатую оболочку.

Далее технология изготовления должна соответствовать изложенной теме. Технические проблемы конкретного выполнения здесь не рассматриваются. Нужно только сказать, что изготовление микрошариков может быть также из стальной микропаутины или смеси её с пенопластом. Пауки за много сотен лет научились её делать.

9.

В самом простом случае можно представить конструкцию одного большого шара так:

в объеме, равном, например, V=1 куб. м, c диаметром соответственно D =1,24 м и поверхностью S =4,836 кв. м помещаются 19 более мелких шаров (1 – по центру большого шара и 18 тех, которые соприкасаются 18-ю точками с наружной поверхностью). И контактируют также 18-ю точками с шаром, расположенным по центру. Их диаметр равен d = D/3 = 1,24/3 =0,413 m. Располагаются они своими центрами по линии окружности, равной 2d, то есть 2d =0,826 m и по 3-м радиусам, расположенным симметрично относительно друг друга под углом в 60 градусов.

Нарисуйте в плоскости окружность диаметром D, проведите через центр линии, расположенные под углом в 60 градусов, поместите на этих линиях, как на диаметрах, по 3 окружности диаметром d – в плоскости рисунка их будет 7. Получится красивый «цветок», в котором 7 окружностей как бы с пустой площадью. Заполните их соответственно по тому же принципу более мелкими шариками, все 7 по 7 шариков внутри каждой – цветок усложняется и становится ещё красивее. В плоскости каждой окружности, представляющей шар в разрезе, всегда видны только 7 мелких, на самом деле, в принятой здесь частной архитектуре, в шарах находятся по 19 более мелких шариков.

Продолжаем рисунок цветка. В каждой из 7 оболочек (их получится 49) вновь рисуем по тому же принципу по 7 ещё более мелких шариков и, например, останавливаемся на этом. Рисование нужно, чтобы освоить принцип и привыкнуть к нему, а также для того, чтобы в дальнейшем увидеть, что (очень просто!) шары, как большие, так и маленькие, не заполнены полностью массой других шаров – между ними всегда появляется пространство, в котором ничего нет, и там будет вакуум. В результате удельный вес наполнения, например, это пенопласт с удельным весом 0,01 г/куб.см, ,относительно уменьшается.

10.

Конструкция закончена. Теперь Вы можете представить, как на эти 18 шаров уляжется наружная оболочка под действием атмосферного давления, если изнутри большого шара выкачать воздух. Получается достаточно красивое наружное обрамление.

Если бы эти 19 внутренних шаров были такими, что они выдерживают наружное атмосферное давление, когда внутри большого шара вакуум, большой шар бы отправился в космический полет. Как было выше, сила его подъема была бы равной или меньше 1,2 кг (без учета веса оболочек).

Теперь можно понять, что теоретически для подъема в воздухе веса в 100 кг требуется 83 шара. Они упаковываются в ещё большую оболочку или сетку (без вакуума) по 19 штук (таких оболочек нужно 5 штук). Получается, что диаметр оболочки равен 3D =3м, и общий диаметр будет в пределах 10 м. Такой теоретический воздушно-космический шар.

Он готов к полету без всяких дополнительных энергетических устройств, потому что энергозатраты для подъема уже выполнены на земле заранее. Осталось только держать его на причале. Получается довольно интересная ситуация. Она принципиально отлична от всех других методов подготовки к полету и полета.

11.

Она, эта ситуация, может осуществиться при условии, что оболочка шара, например, объемом в 1 куб. м, будет держать атмосферное давление. Это условие может быть выполнено, если все другие (внутренние) шары будут исполнены по тому же принципу.

Те 19 внутренних шаров внутри себя тоже должны содержать 19 «своих» шариков, например, диаметром 0,137м. Уже легче. Однако их количество теперь будет равным 361-й штуке. Они в оболочке, находящейся внутри и снаружи в вакууме, что полезнее.

Их оболочку держат ещё более мелкие шарики диаметром 0,04566 м (4,5 см)! Таких «мелких» будет 6859 штук.

И, наконец, последнее наполнение. Наполнение самыми мелкими и самыми легкими шариками. Их диаметр будет меньше или равен 0,015 м (1,5 см)! И они требуются в количестве 130321 штуки. Их очень быстро делает пенопластовая пушка.

12.

Остается вопрос прочности и жесткости при минимальном весе. Вероятно, архитектура, при которой число наполнителей в оболочках растет, этим условиям отвечает.

Последние самые мелкие шарики безоболочковые. Не обязательно нужен тот их диаметр, который был указан. Они насыпаются из пушки в 5 см технологическую сетку, так чтобы все их вместе можно было удержать. Сетка опускается в расплав и покрывается тонкой оболочкой, которая после затвердевания прокалывается. Если прокол не сделать, оболочка диаметром 5 см под вакуумом раздувается, и при этом, кроме того, происходит потеря подъемной силы.

13.

Далее посмотрим экономию, которая в такой архитектуре делает относительный удельный вес наполнителей шара более низким, чем величина удельного веса примененного материала. Расчет такой: в большом шаре находятся 19 более мелких шаров диаметром 0,413 м. Они занимают объем, равный 0.7 куб.м, то есть меньше, чем объем большого шара в 1 куб.м. При выкачивании изнутри большого шара воздуха вакуум будет занимать объем 0.3 куб.м. Соотношение вакуума и материального заполнения будет определяться коэффициентом 0.42857 (в этом коэффициенте число знаков после запятой бесконечно и периодично). Поместив внутрь очередного шара вновь 19 более мелких шаров, соприкасающихся друг с другом, объем который они займут (или не займут) рассчитывается, например, при диаметре 0,413 м и объеме, равном 0,036973 куб.м, умножением его на 0.7 (или 0.3).

Таким образом, из 19 шаров диаметром 0,413 выкачивается объем воздуха, равный 0,036973*0,3*19 = 0,21 куб.м. То есть в большом шаре вакуум занимает 0,3 куб.м, а в 19-ти его наполняющих 0,21 куб.м, всего 0,3+0,21=0,51 куб.м! Половина объема большого шара – вакуум. В другом случае, при других размерах расчет производится по другому.

Далее так (каждый смотрит на свой рисунок). В 19-ти шарах диаметром 0,413 м находятся соответственно 361 шар с диаметром 0,137 м. Объем каждого из них 0,001346 куб.м, а всех вместе 0,486 куб.м. Берем из этого 0,3 и получаем, что в них вакуум занимает 0,1458 куб.м. Чем мельче, тем меньше. Теперь всего под вакуумом будет 0,3+0,21+0,1458=0,6558 куб.м.

Дальше будет ещё хуже (или лучше). Не приводя вычислений по многочисленным очень мелким шарам, можно показать, что их доля участия совсем незначительная: их общий объем 0,341 куб.м и их роль в том, что они обеспечивают 0,1 куб.м вакуума. Он теперь такой: 0,3+0,21+0,1458+0,1=0,7558 куб.м. Куда исчезает пенопласт?!

Интересно, как уменьшаются объемы заполняющих шаров: 0,7-0,486-0,341-0,23

Роль многочисленных шаров также в том, что они «делают» архитектурную решетку, без которой большой шар существовать не может.

Если продолжить, получим, наконец, что 130321 штуки самых мелких диаметром 0,015 м занимают объем каждый 0,00000176715 куб.м, а все вместе 0,23 куб.м. От этого берем 0,3 и объем для вакуума теперь только 0,069 куб.м.

Итого: 0,3+0,21+0,1458+0,1+0,069=0,8248 куб.м. Остальные 0,1752 куб.м – остаются для пенопласта.

14.

Удельный вес пенопласта, например, 10 кг/куб.м, тогда его вес в шарах всего 1,75 кг.

Подъемная сила шара близка к 1 кг: 1,2*0,8248=0,989 кг. Этого недостаточно. Однако получено что-то интересное. Может быть, верное, а, может быть, и неверное.

Как быть? Естественно, взять другой вид пенопласта, например, с удельным весом 5 кг/куб. м (или его смесь с микропаутиной). Тогда имеем вес всей решетчатой конструкции равный  0,875 кг, что меньше подъемной силы на  0,114 кг - шар должен взлететь! Однако этого мало, всего 114 г.

15.

Обратите внимание на п. 14. Там указан вес решетчатой конструкции, равный 0,875 кг. То есть этот вес, если вдуматься, компенсирует собой почти все, что нужно было исключить, чтобы осуществить эффективный подъем.

Все предыдущие рассуждения содержали в себе некоторую тайну. О ней не было ни слова. Шла речь о решетчатой конструкции, о принципе заполнения уменьшающимися шарами, что приводит к уменьшению удельного веса заполнения, был приведен пример заполнения. Кроме того, были даны расчеты заполнения шарами, которые показали, какой объем при таком принципе заполнения, остается для вакуума (0,8248 куб.м). И какой –  для господина пенопласта (0,1752 куб. м).

Как видно, на первых порах достигнуто достаточно полезное соотношение. Однако то, что «отдано» пенопласту при его удельном весе, оказалось слишком щедрым, и поглотило все выгоды принципа.

Так не может быть!

Та тайна, которая раньше была скрыта, раскрывается самим пенопластом. Не надо было забывать о его структуре.

16.

Пенопласт имеет ячеистую структуру. Она не держит вакуум. Все его внутренние ячейки в вакууме тоже содержат вакуум (а не воздух – при его обычном применении). Поэтому не весь объем, занимаемый пенопластом, который был указан в расчетах, им занимается. Некоторая его часть – вновь вакуум. А оставшаяся часть пенопласта, само вещество, занимает другую часть. Их соотношение зависит от удельного веса пенопласта: чем меньше удельный вес, тем меньше вещества пенопласта (под вакуумом). При удельном весе пенопласта 5 кг/куб. м из его объема выкачивается 70% воздуха – остальное пенопласт.

Таким образом, объем вещества пенопласта уменьшается на 70%, объем вакуума на те же 70% увеличивается. Получаем, что под вакуумом будет 0, 9474 куб. м, а для пенопласта (под вакуумом) остается только 0,0526 куб. м.

Теперь подъемная сила шара будет 1,13688 кг, а вес оставшегося вещества пенопласта 0,263 кг.

Исключая вес пенопласта, получим, что шар устремляется вверх с силой в 0,8738 кг! Весьма большая разница с тем, что было получено в п. 14. Разница в 7.6 раза. Получена столь большая разница за счёт вакуумирования пенопласта.

Теперь, например, для веса в 100 кг потребуется 115 шаров, если каждый из них объемом в 1 куб. м.

Возможны варианты.

Один из них – это шар в 100 куб. м, диаметром примерно 5, 8 м.

17.

Для структуры шаров может быть предложен ещё более легкий материал, при помощи которого число вариантов изготовления увеличивается.

Нужно получить ещё более ячеистый «пенопласт» или что-то похожее на него, для решетки шаров. С еще более низким удельным весом, однако, большей прочности «решетки».

Возможно, это делается так. Вьётся металлическая или пластиковая микропаутина, хаотично собирается в объем, например, в виде шара, затем этот шар опускается в расплав и там его решетка чуть-чуть (для жесткости) обволакивается каким-то веществом.

Получается готовый для применения шар. Причем, его уже не нужно покрывать оболочкой – ничего не высыпется. Вероятно, принцип помещения «шар в шар» может остаться. Или в этой новой концепции можно что-то сильно упростить. Дело будущего.

Удачи!

Ведущий и автор Cesiy                      Архив Рассылки