真空タンクは、空気中のボイアントになるのに十分な軽さでしたか？

未来的な素材を考えると、構造体は真空を保持するのに十分な強度でありながら、標準的な大気圧下で浮力を提供するのに十分な軽量性があるでしょうか？

明らかに、「未来の材料」は非常に曖昧です。なぜなら、私たちは将来何が存在するのかわからないからです。化学の法則に少なくとも準拠する適切な特性を提供する理論的材料はありますか？

たとえば、炭素繊維織物のバッグを作成し、なんとかしてシームレスな工業用ダイヤモンドを含浸させた場合、それで十分でしょうか？

基本的な計算を行うことから始めます。空気は、主にNである₂ 28の原子質量を持つと、O ₂酸素よりも窒素がある32の原子質量と、それでは、空気が29の平均原子質量を持っているとしましょう。

0℃、1気圧では、1モルの理想ガスが22.4リットルを占有します。20°Cの方が現実的であるとすると、絶対温度比（22.4 l）（293°K）/（273°K）= 24.0 lでスケーリングします。したがって、「空気」と呼ぶ密度は（29 g）/（24 l）= 1.2 kg / m ³です。

したがって、包囲できるすべての立方メートルに対して、1.2 kgの材料を使用できます。それ自体は大したことではありません。落とし穴は、表面がなんとか1平方インチあたり約15ポンド、または1平方メートルあたり約11.4トン、または101 kN / m ²に耐えられる必要があることです。

直径10 mの球体を作成するとします。体積は約524 m ³なので、最大約630 kgの材料を使用できます。

1気圧の外圧に耐えることができる直径10 mの球体を作成するために必要なさまざまな材料の厚さを計算するのは、かなり簡単です。私たちが今日持っている資料はどれも近づいていません。

しかし、それは真空タンクを作るための本当にナイーブな方法です。適切な内部格子構造は、表皮材料の自重よりも大幅に節約できます。実際のエンジニアリングの問題は、内部サポートの巧妙な設計にあります。内部サポートの最適な配置は、使用可能な材料の相対的な強度と密度に依存するため、1つの設計を作成してから、後方に作業して材料の特性を確認することはできません。

本当に質問に答えるには、いくつかの材料特性を選択し、最適な構造設計を見つけるために反復し、現在位置を確認し、材料特性を調整し、新しいトレードオフに構造を調整する必要があります。

また、スケールが重要であることにも注意してください。直径が2倍の球体では、質量収支は8倍になりますが、表面積は4倍になります。大きくすることには明らかにいくらかの勝利がある。一方、直径が大きくなると、湾曲によるアーチ効果の利点が少なくなり、内部の支持構造は同じようにスケーリングされません。

最終的に、これは多次元の反復設計プロセスで解決されると期待しています。

「軽量」かつ「高圧縮応力」の材料で可能です。

または、外側を薄いゴムで覆われたワイヤーフレームグローブを作成してから、掃除機で掃除します。