Вертикальный город — использование гелия для снижения веса?

Это было бы неэффективно.

Здание будет легче, чем здание с такими же трубами, наполненными воздухом, но гелий, скорее всего, даже не компенсирует вес труб. Существуют альтернативные подъемные газы, которые обеспечивают различную потенциальную подъемную силу , но маловероятно, что даже с вакуумом (лучший наполнитель для подъема объемов) вы получите какое-либо существенное преимущество.

На самом деле это менее эффективно, чем выше здание. Когда атмосфера становится менее плотной, подъемная сила уменьшается.

Это не сработает.

Использование более легких газов для обеспечения подъемной силы основано на плавучести. Более легкий газ менее плотный, чем окружающий его воздух, поэтому окружающий его воздух выталкивает его вверх точно так же, как более плотная вода выталкивает лодку на поверхность. Теоретический предел этого процесса заключается в использовании самого легкого заполнения: вакуума. В этот момент вы получаете подъемную силу, равную массе вытесненного воздуха.

Воздух составляет примерно килограмм на кубический метр (на самом деле 1,225 кг/м3, но мы можем округлить, чтобы упростить визуализацию). Это означает, что для типичного 10-килограммового шлакоблока потребуется 10 кубических метров вытесненного воздуха. Цифры на самом деле еще хуже, потому что нужно еще учитывать материал, содержащий легкий газ или вакуум, но в случае со строительными материалами цифры достаточно ясны и без этой поправки. Вот ощущение масштаба для этого:

Теперь давайте рассмотрим типичную конструкцию небоскреба из стали. Стальные балки могут сильно различаться по массе, но те, которые используются в небоскребах, весят примерно 50 кг на погонный фут. Таким образом, для здания высотой 100 футов (примерно 10 этажей) потребуется балка длиной 100 футов или 5000 кг. Это 5000 кубометров газа для подъема. Это достаточно близко к заполнению дирижабля Goodyear, и это только для того, чтобы поднять одну балку:

Самым большим дирижаблем, который когда-либо летал, был «Гинденбург» объемом 200 000 кубических метров. Этого достаточно, чтобы поднять в воздух 200 000 кг массы. Гинденбург, очевидно, поднимал меньше, потому что его наполнял водород, а не чистый вакуум, и он должен был учитывать массу своей обшивки. Фактическая масса груза/экипажа составляла около 10 000 кг, что составляет 1/20 теоретического значения, поэтому он мог поднять две из этих 10-этажных балок.

Так что, если мы были серьезны? Что, если мы отбросим все ограничения на ветер и просто решим поднять один из Всемирного торгового центра (до того, как они рухнут). Записи показывают, что каждая башня весила около 450 000 000 кг, то есть 450 000 000 м3 газа. Это будет 0,45 кубических километра газа. Это не большая площадь для природы, но это огромный размер для человеческой конструкции (плотина Гувера занимает примерно 1/200 от объема бетона). Вот только поднять одно здание!

И все это при игнорировании структурных проблем, связанных с такими источниками подъемной силы. Он игнорирует всю массу кожи и проводов, необходимых для фактической поддержки вещей. Если увеличить отношение Гинденбурга теоретических 200 000 кг к фактическим 10 000 кг, то газовая оболочка должна иметь объем 9 кубических километров!

Насколько велики эти числа? Ну, даже если использовать теоретическую скорость, вам придется использовать либо вакуум (что требует очень тяжелых скинов), либо водород. Почему не гелий? По современным оценкам, в Северной Америке осталось всего около 0,25 кубических километров гелия (глубоко в месторождениях природного газа). Вы бы буквально израсходовали хороший кусок оставшегося в мире гелия, чтобы выполнить эту работу!

Таким образом, мы остаемся на земле. Если вы действительно хотите использовать подъемные газы таким образом, я бы порекомендовал изменить точку зрения. Вместо того, чтобы начинать с города и пытаться его поднять, начните с дирижабля и попытайтесь понять, как адаптировать концепцию города для работы в нем. Гораздо проще изменить отношение людей к городам, чем поднять город в воздух.

Хорошо, давайте сначала откажемся от концепции трубок. Гелий дышит. Просто замените азот в воздухе гелием. Это позволит максимально увеличить объем гелия внутри здания.

Давайте посмотрим на Эмпайр Стейт Билдинг ( PDF ). Это около ста этажей (102). Около 365 000 тонн. Содержит 37 миллионов кубических футов объема. Назовите это 100 кубических футов на тонну веса.

На кубический фут приходится 28 литров, и каждый литр азотного воздуха весит примерно на грамм меньше, чем каждый литр гелиевого воздуха . Итак, 28 граммов на кубический фут. То есть примерно 3 кг на тонну. Или снижение веса нетто на 0,3%.

Таким образом, каждые 300 или около того этажей это сэкономит достаточно веса, чтобы добавить еще один этаж. И это предполагает, что запечатывание гелия внутри не требует затрат веса. Как заменить углекислый газ кислородом? Обычно с этим справляется газообмен. Но это также заменит гелий азотом. Поэтому, если для преобразования углекислого газа в кислород требуется оборудование или растительность, вес которых превышает 0,3% от веса здания, вы теряете свое преимущество.

Ненавижу говорить нет, но...

Не совсем. Трубка почти свела бы на нет легкость гелия, помешала бы структурному дизайну и, что более важно, заняла бы все здание. Возьмем дирижабль. У него есть крошечный автомобиль и массивный воздушный шар примерно в 10 раз больше его размера. Вы делаете это со зданием, и все это наполнено водородом или, в вашем случае, гелием. Места не осталось, кроме крошечного количества. Гораздо проще, когда здания опираются друг на друга какими-то кронштейнами и, таким образом, соединяются между собой. Это также позволяет вам использовать эту идею моста. Кроме того, чем выше здание, тем менее эффективен газ. И с точки зрения дизайна, вы только что залили все здание легковоспламеняющимся газом и разместили его рядом с кучей других зданий с тысячами людей внутри. Большой Бадда Бум!Это для водорода. Для гелия вы добавили потенциально разрушительную альтернативную среду, которой вы не можете дышать. Внезапно вы получаете крошечную утечку, и люди начинают говорить высоким голосом, а затем падают.

TLDR: В конечном итоге вы соберете здание в основном из упомянутых труб и газа в них, который смертелен в одном или нескольких отношениях.

Мое предположение: ДА, если вы измените дизайн. Вот почему:

Что ж, если Skylifter** может поднять 150 тонн, разве Skylifter не сможет быть прикреплен к концу небоскреба или даже к нескольким?

Учти это:

1) Если здание сделано из углеродных композитов или УНТ, то оно может быть довольно прочным и легким, намного более прочным, чем сегодняшние здания. Определенно <150 тонн. И они становятся дешевле в производстве. Исследования BNNT еще более перспективны с точки зрения силы.

2) Затем учтите, что здания (либо в небе, привязанные к земле, либо небоскребы) не нуждаются в том, чтобы в них было много тяжелых вещей, таких как бассейны или автомобили (они могут быть на земле). И легкие СВВП для перевозки, взлетающие с крыши (прототипы уже сделаны).

3) Трубки в стенах не работали по только что описанным причинам - слишком малы. Но целые стены из углеродного композита также могут быть заполнены гелием. Это уравновешивает вес строительного материала. Кто-то упомянул в качестве риска вдыхание гелия. Не совсем: дайверы и дети на вечеринках дышат гелием. Опасность была бы только в том случае, если бы не было кислорода. И разве у нас нет аварийных систем на случай опасности?

Почему эта модифицированная конструкция не может быть осуществима, если все эти технологии уже существуют, просто они еще не собраны воедино? По-моему, можно =^)

Я думаю, что иногда людям кажется, что показать, почему что-то не работает, лучше показать, почему что-то не работает, чем создавать проекты, решающие проблемы. Вот что такое инженерия и дизайн.

** http://www.skylifter.eu

Нет, грузоподъемность не компенсировала бы вес до такой степени, чтобы с ней можно было заморачиваться. Вместо этого я бы вручную размахивал строительным материалом, похожим на углеродные нанотрубки, более прочным, чем сталь, но весящим как пенополистирол.

Вес здания основан на твердых материалах, а не на газе. Дирижабли используют гелий не для того, чтобы похудеть, а чтобы оставаться на плаву.

Причина, по которой современные небоскребы не могут быть построены из камня, как классические здания (Нотр-Дам, Колизей и многие другие), заключается в том, что если бы они были больше, то здание столкнулось бы с самой силой гравитации. Вот почему современные небоскребы строятся через навесную стену. Подробную информацию о плюсах и минусах навесной стены можно найти здесь: https://en.wikipedia.org/wiki/Curtain_wall_%28architecture%29