Wie groß kann eine Kohlenstoffnanoröhrenstruktur werden?

Ich mache eine "Struktur" aus Kohlenstoffnanoröhren im Weltraum. Diese Struktur kann jede Form oder jedes Design haben, ich will sie einfach groß haben. Groß in nur einer Richtung ist Schummeln (also keine langen dünnen Strukturen), das muss in allen drei Dimensionen groß sein.

Wie groß kann ich diese Struktur ungefähr machen, bevor ihre eigene Masse und Schwerkraft stark genug werden, um die Struktur in sich zusammenfallen zu lassen und eine Kugel zu bilden?

Wie weit kann ich gehen, bevor die Schwerkraft es zu einem Nein macht?

BEARBEITEN:

Dies ist nicht dasselbe wie Wie groß kann ein Raumschiff sein, bevor es in sich zusammenfällt? , und aus diesen Gründen:

  • Dies ist keine Raumstation und erfordert nichts, um auf oder in der Struktur funktionsfähig zu sein - es ist einfach eine Struktur aus Kohlenstoffnanoröhren - betrachten Sie es in jeder Hinsicht als Kunstwerk. Es hat keine andere Funktion, als von weitem geschätzt zu werden - ich möchte nur wissen, wie groß es werden kann.

  • Die Frage spricht von einem festen Gesteinskörper und auch von Metall. Die akzeptierte Antwort spricht von vorgespanntem Stahl. Meine Struktur besteht fast ausschließlich aus Kohlenstoffnanoröhren.

  • Die Frage schließt eine Dyson-Sphäre ausdrücklich aus, da sie eine interne Struktur haben sollte. Meine Frage schließt keine Form oder kein Design aus und erfordert keine interne Struktur (obwohl interne Strukturen willkommen sind, wenn Sie sie möchten).

Ich möchte einfach wissen, wie groß ich mit einer Kohlenstoffnanoröhrenstruktur werden kann, bevor ihre eigene Masse sie in sich hineinzieht. Die Struktur muss stark genug sein, um mindestens hundert Jahre zusammenzuhalten (ohne Berücksichtigung von Einschlägen mit Astralkörpern, Asteroiden usw.).

Nur um Ihnen eine Vorstellung von den Maßstäben zu geben, an die ich denke - ich habe zuerst überlegt, eine zylindrische Struktur mit einem Durchmesser von etwa 50 kpc herzustellen (zum Vergleich, unsere Galaxie ist etwa 30 kpc breit).

Ich schätze, eine Kohlenstoffnanoröhrenstruktur mit einem Durchmesser von 50 kpc und einer Höhe von 0,2 kpc wäre zu groß, hätte zu viel Masse, um ihre Struktur aufrechtzuerhalten, und würde in sich zusammenfallen. Liege ich mit dieser Annahme falsch? Wenn ja, wo sind meine Grenzen?

Schlagen Sie einen "Bishop Ring" nach, um zu sehen, wie groß eine selbstgespannte Struktur werden könnte: iase.cc/openair.htm
"Buckminsterfullerene": der technische Name für einen Bucky-Ball; sie sind großartig und geodynamisch und groß; vielleicht sowas in der richtung?
toller Artikel, aber wie groß könnte ein Buckyball werden? Dieser Artikel geht bis zu einem 2000 km x 500 km großen Zylinder, erwähnt aber nichts über eine obere Größengrenze - wäre ein doppelt so großer Zylinder möglich? 10 mal so groß?
Kann es eine gefüllte Struktur wie eine Kugel sein?
@AdrianMaire Sie können jede gewünschte Form oder Struktur der Struktur erstellen - eine solide Struktur, eine Skelettstruktur - alles - Sie sollten jedoch berücksichtigen, dass die richtige Antwort die größtmögliche Struktur ist, die vor den Grenzen von Masse und Schwerkraft hergestellt werden könnte eintreten...
Da die Schwerkraft eine Funktion der Masse / Dichte ist, kann Ihre Strukturgröße [möglicherweise] funktional unbegrenzt sein (bei ausreichend geringer Dichte), je nachdem, ob Kohlenstoff-Nanoröhren so stark sind, wie manche glauben
wenn Sie unbegrenzt sagen - wie wäre es mit einer Struktur, die 400 Milliarden Lichtjahre breit ist? (Dies wäre eine Struktur, die größer ist als das bekannte Universum) - ist das möglich? Wäre eine doppelt so große Struktur möglich? Gibt es buchstäblich keine Grenzen, wie groß eine Struktur aus Kohlenstoffnanoröhrchen sein kann?
Stellen Sie sich ein weit auseinander liegendes Netz aus Nanoröhren im Vergleich zu einem festen Materialblock vor. Die Idee ist, die Masse zu verteilen. Und ich weiß nicht, ob ein fester Klecks geeignet ist, aber andere Formen können es sein, auch clevere Formen werden andere Sternmassen verwenden, um ihre eigenen Gravitationskräfte auszugleichen

Antworten (2)

Wie viel Kohlenstoff hast du?

Die Schwerkraft ist im Vergleich zu anderen Kräften eine sehr schwache Kraft, und ihr Einfluss nimmt mit zunehmender Entfernung schnell ab. Das bedeutet, dass ein einzelner Stab aus Kohlenstoffnanoröhren unendlich lang sein kann, ohne dass seine eigene Schwerkraft viel Einfluss darauf hat. Also, was ist, wenn wir diesen Balken ein paar Mal falten, sodass Sie ein Rechteck haben? Angenommen, wir haben jetzt ein Quadrat, das die Galaxie umfasst. Verzweige dich ein paar Mal, jetzt haben wir einen Würfel, der die Galaxie umfasst. Die lokale Gravitation auf einer einzelnen 30 cm langen Kohlenstoffnanoröhre ist immer noch trivial, obwohl die Gesamtstruktur wahrscheinlich jeden Stern übertrifft.

Ihre Struktur kann jede Form haben, sofern keine äußeren Kräfte auftreten, solange die Dichte niedrig genug ist, damit die lokale Schwerkraft jeder einzelnen Kohlenstofflänge niedrig bleibt.

Wirklich, das Problem wird die Schwerkraft anderer Himmelsobjekte (auch bekannt als externe Kräfte) sein. Wenn Sie dies innerhalb einer Galaxie bauen, müssen Sie sich Sorgen machen, dass Sterne und Planeten Ihre Struktur vermasseln, zumal Sterne und Planeten die Angewohnheit haben, sich zu bewegen. Das bedeutet , dass Sie innerhalb einer Galaxie eine Struktur benötigen, die klein genug ist, dass sie sich innerhalb der Galaxie bewegen kann, ohne dass ein Sonnensystem darauf stößt.

Ihre anderen Optionen sind, dass Ihre Struktur eine Galaxie umfasst (so dass sich alle Sterne und Schwarzen Löcher und so weiter vollständig darin bewegen, ohne die Struktur zu bedrohen) oder außerhalb von Galaxien, wo nur sehr wenige äußere Kräfte Ihre Struktur beeinflussen würden und es sein kann im Grunde so groß wie Sie möchten (bis Ihnen der Kohlenstoff ausgeht).

Danke für die Antwort - stellen Sie sich einen nahezu unendlichen Kohlenstoffvorrat vor - wie wäre es mit einer Struktur, die einen Galaxienhaufen umgibt, wäre dies möglich? Wie würden Sie das Biegeproblem lösen, das Adrian Maire in seiner Antwort erwähnt?
Solange Sie das Problem der äußeren Kraft vermeiden können und genügend Material haben, gibt es keinen Grund, warum Sie keine Struktur um das gesamte bekannte Universum herum bauen können. Das Biegeproblem ist nur auf sehr langer Zeit ein Problem . Denken Sie daran: Unsere Struktur hat einen Durchmesser von Tausenden von Lichtjahren . Selbst wenn es sich mit Lichtgeschwindigkeit biegen würde (das würde es nicht), würde es Tausende von Jahren dauern , bis es zusammenbricht. Da es sich nicht mit Lichtgeschwindigkeit (oder auch nur annähernd) biegen wird, können wir das Biegeproblem für 100 Jahre sehr einfach lösen, indem wir es ignorieren.

Eine dichte Struktur (ähnlich einer Weltraumbasis, einem Planeten oder was auch immer) wird sehr schnell an ihrer materiellen Grenze sein und dann durch ihre eigene Masse zusammenbrechen. Man könnte maximal von der Größe eines mittleren Sterns ausgehen (unabhängig vom verwendeten Material).

Um etwas Größeres zu erreichen, ist Vakuum erforderlich: Die Struktur muss leer genug sein, um den Gravitationseffekt zu zerstreuen.

Stellt man sich einen Balken unendlicher Länge vor, tendiert die Schwerkraftkompression an einem bestimmten Punkt zu einer Konstante.

Eine einfache Schätzung ist: Unter der Annahme, dass jeder Km dieser Stange nur 1 kg wiegt, und unter Verwendung der Newton-Schwerkraftformel, erreichen wir ungefähr.

F = G ∗ ∑ ich = 1 ∞ 1 ∗ 1 ( 1000 ∗ ich ) 2 = π 2 6000000

Dies ist weit unter der Grenze jedes Materials.

Sie fragen jedoch nach der Volumenstruktur.

Wenn wir an die Kpc-Struktur denken, könnte jeder Balkenabschnitt ignoriert werden. Aus diesem Grund bietet jeder Stab der Struktur keinen Biegewiderstand. Für wenig, was der Traversaleffekt der Schwerkraft ist, wird er die Struktur bis zu dem Punkt biegen, an dem die Gesamtmasse zusammenbricht und zum Kugelfall zurückkehrt.

Unter Berücksichtigung von Annahmen spielt es keine Rolle, welches Material Sie verwenden, Sie sind auf etwa die Größe eines mittleren Sterns (~ 1 Milliarde km Durchmesser) beschränkt.

BEARBEITET:

Wie in einem Kommentar vorgeschlagen, könnten externe Kräfte verwendet werden, um die Schwerkraft zu kompensieren:

  • Drehung, wenn die Struktur planar ist
  • Einige Motoren oder aktive Kompensation
  • usw.
Vielen Dank für Ihre Antwort! Wenn Sie sagen "es spielt keine Rolle, welches Material Sie verwenden" - bedeutet dies, dass eine Skelettstruktur (die hauptsächlich aus Stangen bestand und die Größe eines mittleren Sterns hatte) aus Stahl hergestellt werden konnte? oder Plastik? Liegt das an der Beschaffenheit der Balken? Würden Kreuzungen, an denen sich Balken treffen, Probleme bereiten?
Da Kohlenstoffnanoröhren die höchste Zugfestigkeit aller bekannten Substanzen haben, können Sie möglicherweise mehr Volumen aus Ihrer Struktur herausholen, indem Sie sie drehen, um Zentrifugalkräfte zu nutzen, um die Schwerkraft auszugleichen. Ich habe nicht nachgerechnet, wie viel Stress Sie auf diese Weise auf sie ausüben könnten, aber es könnte einen Unterschied machen.
Das Problem ist, dass die größte Struktur die Kugel ist, eine Kugel berücksichtigt nicht den Materialzugwert, die einzige wichtige Kraft hier sind die subatomaren Wechselwirkungskräfte, um zu verhindern, dass Protonen und Elektronen in einem Schwarzen Loch kollabieren.
@IfSentient: Ja, das Hinzufügen einer externen Kraft ändert das gesamte Problem: (zentripetal, Motoren oder nuklear wie in Sternen). Aber schwierig zu drehen, um die 3 Achsen tatsächlich beizubehalten (Rotation löst nur eine planare Struktur)
Wie groß kann eine Kohlenstoffnanoröhrenstruktur werden?
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