Als ich diese Frage las, erinnerte ich mich an eine Idee, die ich einmal hatte, und ich frage mich, ob sie machbar ist.
Stellen Sie sich eine hohle Kugel vor, die aus etwas Starkem wie Stahl besteht. Stellen Sie sich vor, es wäre nichts drin; nur vakuum.
Gibt es eine Kugelgröße und ein verfügbares Material, sodass eine Kugel wie diese wie ein Heliumballon schweben würde? Mit anderen Worten, dass die Masse des Balls selbst plus die (0) Masse des Vakuums geringer wäre als die Masse der Luft, die er verdrängt, wodurch er Auftrieb erhält?
Ich vermute, es gibt kein Material, das stark und leicht genug ist, aber ich weiß nicht, wie ich die Berechnungen durchführen soll.
(Es macht Spaß, sich vorzustellen, dass diese in fantastischen Brücken oder Luftschiffen verwendet werden, obwohl ich annehme, dass eine Brücke unklug wäre; Sie würden nicht wollen, dass sie steigt oder sinkt, wenn sich das Wetter ändert.)
Laut dem hier verlinkten Forschungsbericht: 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
Die Druckdifferenz, die von einer Kugel aus einem bestimmten Material gehalten werden kann, ist eine Funktion von (t/R), wobei t die Dicke und R der Radius ist.
Mit anderen Worten, die Dicke des Materials, die erforderlich ist, um einem bestimmten Druck (hier 1 Atmosphäre) standzuhalten, ist proportional zum Radius der Kugel.
Kombiniert mit der Tatsache, dass die Oberfläche mit dem Quadrat des Radius wächst, wird die Masse der Kugel proportional zum dritten Radius sein.
Die der Kugel fehlende Masse der Luft – und damit der Auftrieb – ist ebenfalls proportional zur Kubik des Radius.
Wenn Sie also ein Material finden, das stark genug und leicht genug ist, um zu funktionieren, funktioniert es in allen Maßstäben gleich gut.
Die Streckgrenzengleichung im obigen Link ergibt eine lineare Beziehung zwischen der Streckgrenze des Materials, dem Dicke-Radius-Verhältnis und dem auszuhaltenden Druck. Und die Berechnung der Masse der Kugel liefert eine umgekehrte Beziehung zwischen dem Dicke-Radius-Verhältnis und der Dichte des Materials. Die Kombination dieser Gleichungen sollte ein Mindestverhältnis von Streckgrenze zu Dichte für ein Material ergeben, das zur Herstellung eines Vakuumballons geeignet ist. Ich habe die Berechnung noch nicht abgeschlossen, aber ich gehe davon aus, dass das Stahlverhältnis eine Größenordnung zu klein sein wird und dass exotische Materialien erforderlich sein werden.
Eine interessante Frage, aber ich halte das aus folgendem Grund für absolut unmöglich.
Vakuumkammern, besonders große, benötigen dicke, starke Wände, um zu verhindern, dass der Luftdruck sie zusammenbrechen lässt. Je größer das Volumen, desto größer das Problem.
Druck = Kraft über Fläche; Also Kraft = Fläche mal Druck.
Für Bereich von , Kraft ist gleich entspricht dem Gewicht einer Masse von
Je größer Sie also den Vakuumballon machen, desto schlimmer wird das Problem, dass der Luftdruck auf die Wände drückt und die Wände dicker werden müssen.
Normalerweise bei Heißluftballons / Luftschiffen / Zeppelinen / Luftschiffen usw. je größer Sie sie machen, desto mehr Auftrieb erhalten Sie, bis Sie alles anheben können, was Sie benötigen. Aus der hervorragenden Antwort von IanF1 geht hervor, dass es keinen Vorteil bringt, das Volumen für diesen Ballontyp zu erhöhen.
Weitere Bearbeitung nach gutem Kommentar von IanF1. Wenn die Struktur leichter ist als die Luft, die sie verdrängt, dann wird sie umso mehr Auftrieb erzeugen und umso mehr tragen können, je größer die Struktur ist. Mein Punkt oben ist, dass bei einem normalen Ballon das Gewicht des Behälters proportional zur Fläche ist, der Auftrieb jedoch proportional zum Volumen. Wenn also das Volumen zunimmt, wird das Verhältnis des Auftriebs aufgrund des Volumens von heißer Luft oder Helium zum Gewicht des Behälters immer größer, während es für den vakuumgefüllten Ballon konstant bleibt.
IanF1
tom