Könnten Sie einen Fahrradrahmen aus 24-karätigem Gold herstellen?

Trivialerweise: Ja, natürlich kannst du das. Mit diesem Fahrrad wirst du aber mit ziemlicher Sicherheit nicht fahren können.

Das Problem ist nicht das Gewicht des Rahmens, sondern das Gewicht des Fahrers im Vergleich zur Stärke des Goldes. Im Wesentlichen haben Sie einen 80-kg-Fahrer auf einem Rahmen, der möglicherweise 20 kg wiegt, wenn er aus Gold besteht, anstatt 5 kg aus Stahl. Die dominierende Masse ist immer noch der Fahrer.

Das Problem ist, dass die Mathematik komplex ist und ich kein Maschinenbauingenieur bin. Im Großen und Ganzen müssen wir die Streckgrenze finden, bei der jede Schlüsselkomponente bricht, und die wird durch die Art und Weise bestimmt, wie das Gold gebildet wird, die Temperatur, die Änderungsrate der Kraft und einige andere Faktoren. Sie können also nicht einfach "Schermodul 27 GPa" sagen und weitermachen.

Um einen Fahrradrahmen herzustellen, möchten Sie den Guss abschrecken, um das Metall so weit wie möglich zu härten, was helfen würde, aber es wäre immer noch schwach. Ich bin mir nicht sicher, ob das Abschrecken bei Gold funktioniert. Ich vermute, das Hauptproblem wären die Ausfallenden, und Sie müssten lange, fette Achsen verwenden - wie die 14 mm dicken Achsen, die bei einigen Lasträdern verwendet werden -, um die Last zu verteilen und zu verhindern, dass die Achse beim Fahren gerade durch den Rahmen schneidet saß auf dem Fahrrad. Ebenso große Niederdruckreifen, um Spitzenkräfte auf den Rahmen zu reduzieren.

Wenn Sie die "Röhren" (wahrscheinlich solide, aus praktischen Gründen der Konstruktion) dicker machen, werden Sie auf Skalierungsprobleme stoßen. Die Balkenstärke skaliert als Quadrat, aber die Masse als Würfel. Irgendwann wird meine anfängliche Behauptung, dass „die Fahrermasse dominiert“, nicht mehr zutreffen. Es könnte einfacher sein, den Rahmen als einteiliges Gussteil unter Verwendung von I-Trägern anstelle von Rohren herzustellen, damit er schnell gegossen und abgeschreckt werden kann. Es scheint nicht viel Forschung auf diesem Gebiet zu geben, wahrscheinlich weil es keine praktische Verwendung für "den stärksten Strahl aus reinem Gold" gibt, aber die Experimente teuer (und giftig) sind.

Der Grund für die Verwendung von Vergoldungen und Legierungen ist, dass selbst kleine Skulpturen strukturelle Probleme haben, wenn sie aus 24 Karat Gold bestehen. Die größte Statue aus reinem Gold, die ich online finden kann, ist nur 10 cm groß und als zerbrechlich gekennzeichnet (aber diese Suche ist schwierig, da es so viel „riesiges … 24 Karat vergoldetes … plattiertes“ gibt).

Edit NHinkle schlug im Chat vor, dass die strukturellen Probleme stark reduziert werden, wenn Sie das Fahrrad in Quecksilber schwimmen lassen, sodass ein (massiver) Goldrahmen fahrbar wäre, zumindest für jemanden, der bereit ist, in Quecksilber einzutauchen, und für die kurze Zeit, bevor sich das Gold auflöst im Quecksilber. Das allgemeine Prinzip gilt jedoch, also "ja, Sie können einen fahrbaren Fahrradrahmen aus reinem Gold machen" . Die Frage ist, in was müssten Sie das Fahrrad und den Fahrer eintauchen, um die schwache Struktur mit der Last auszugleichen? Wasser könnte funktionieren, aber Sie würden wahrscheinlich eine dichtere Flüssigkeit benötigen. Zum Beispiel könnten fast gesättigte Metallsalze in Wasser funktionieren. Oder einfach den Bau machen und irgendwo hinfahren, wo die Schwerkraft nicht so stark ist. Der Mond zum Beispiel oder Ceres.

Laut Wikipedia hat Gold eine "endgültige Zugfestigkeit" von 100 MPa, während Stahl zwischen 400 und 5000 liegt. (Kohlefaserlaminat ist 1600.)

Gold hat ein spezifisches Gewicht von etwa 19, während Stahl ein spezifisches Gewicht von etwa 7,8 hat. Es würde also etwa 4-mal so viel reines Gold nach Volumen oder etwa 9,7-mal so viel Gold nach Gewicht benötigen. Ein 15-Pfund-Stahlrahmen würde ungefähr 145 Pfund in Gold wiegen.

Gold wird derzeit mit etwa 1.300 $ pro (Troy) Unze gehandelt, das ergibt also 145 * 12 * 1.300 $ oder 2,26 Millionen $. Ich denke, sogar Carbon wäre billiger (und leichter).

(Und natürlich müsste die Rahmenstärke aufgrund des Gewichts des Rahmens erhöht werden, sodass Sie noch mehr Gold benötigen würden.)

Aber 24 Karat Gold zu vergleichen ist einfach nicht fair.

Fahrräder bestehen aus gehärteten Legierungen:

• Die in Fahrrädern häufig verwendete Aluminiumlegierung 6061-T6 ist 6-mal so stark wie reines geglühtes Aluminium.

• Die Stahllegierung 1090 ist 80-mal so stark wie Eisen.

Gehärtete Legierungen gehen auf das Mittelalter zurück.

Gehärtetes 18 Karat Gold hat ungefähr die gleiche Festigkeit wie Stahl 1090.
Also ja, es wäre sehr gut möglich, ein Fahrrad aus 18 Karat Gold zu bauen.
Ein 18-Karat-Goldrahmen wäre etwa das 2,5-fache des Gewichts von Stahl 1090.

Gold ist ein starkes Metall. Sie verwenden Goldlegierungen für Füllungen. Gold rostet nicht. Als Fassungsmaterial hat Titan gegenüber Gold die Nase vorn.

Es wäre praktischer, ein Fahrrad aus reinem (24 Karat) geglühtem Gold zu bauen als aus reinem geglühtem Eisen oder reinem geglühtem Aluminium.