Чтение этого вопроса напомнило мне об идее, которая у меня когда-то была, и мне интересно, осуществимо ли это.
Представьте себе полый шар, сделанный из чего-то прочного, например из стали. Представьте, что внутри ничего нет; только вакуум.
Существует ли такой размер шара и доступный материал, что, если вы сделаете такой мяч, он будет парить, как гелиевый шар? Другими словами, что масса самого шара плюс (0) масса вакуума будет меньше массы воздуха, который он вытесняет, делая его плавучим?
Подозреваю, что нет достаточно прочного и легкого материала, но не знаю, как провести расчеты.
(Забавно представить, что они используются в фантастических мостах или дирижаблях, хотя я полагаю, что мост был бы неразумным; вы бы не хотели, чтобы он поднимался или опускался при изменении погоды.)
Согласно исследовательскому документу, указанному здесь: http://www.researchgate.net/profile/Weicheng_Cui/publication/222221948_An_overview_of_buckling_and_ultimate_strength_of_spherical_pressure_hull_under_external_pressure/links/53f1a2950cf26b9b7dd0da3c
Разность давлений, которую может выдержать сфера из любого конкретного материала, зависит от (t/R), где t — толщина, а R — радиус.
Другими словами, толщина материала, необходимого для того, чтобы выдержать заданное давление (здесь 1 атмосфера), пропорциональна радиусу сферы.
В сочетании с тем фактом, что площадь поверхности растет пропорционально квадрату радиуса, масса сферы будет пропорциональна кубу радиуса.
Масса воздуха, отсутствующего в сфере, и, следовательно, подъемная сила, также пропорциональна кубу радиуса.
Поэтому, если вы найдете достаточно прочный и легкий материал, он будет работать одинаково хорошо во всех масштабах.
Уравнение предела текучести в приведенной выше ссылке дает линейную зависимость между пределом текучести материала, отношением толщины к радиусу и выдерживаемым давлением. А расчет массы шара даст обратную зависимость между отношением толщины к радиусу и плотностью материала. Комбинация этих уравнений должна дать минимальное отношение предела текучести к плотности для материала, из которого можно сделать вакуумный баллон. Я не завершил расчет, но полагаю, что соотношение стали будет на порядок меньше и потребуются экзотические материалы.
Интересный вопрос, но я думаю, что это было бы совершенно невозможно по следующей причине.
Вакуумные камеры, особенно большие, нуждаются в толстых прочных стенках, чтобы давление воздуха не приводило к их разрушению. Чем больше объем, тем больше проблема.
Давление = сила на площади; поэтому сила = площадь, умноженная на давление.
Для площади , сила равна эквивалентно весу массы
Таким образом, чем больше вы делаете вакуумный шар, тем хуже проблема с давлением воздуха, давит на стены, требуя, чтобы стены становились толще.
Обычно с воздушным шаром / дирижаблем / цеппелином / дирижаблем и т. Д. Чем больше вы их делаете, тем больше подъемной силы вы получаете, пока не сможете поднять все, что вам нужно. Из отличного ответа IanF1 видно, что увеличивать объем для этого типа воздушного шара нет смысла.
Дальнейшее редактирование после хорошего комментария от IanF1. Если конструкция легче воздуха, который она вытесняет, то чем больше конструкция, тем большую подъемную силу она будет создавать и тем больше сможет нести. Моя точка зрения выше заключается в том, что для обычного баллона вес контейнера будет пропорционален площади, но подъемная сила будет пропорциональна объему. Таким образом, по мере увеличения объема отношение подъемной силы за счет объема горячего воздуха или гелия к весу контейнера будет становиться все больше и больше, тогда как для баллона, наполненного вакуумом, оно останется постоянным.
ЯнФ1
Том