Автор Тема: прочность vs размер  (Прочитано 11741 раз)

vlad

  • Hero Member
  • *****
  • Сообщений: 1391
    • Просмотр профиля
прочность vs размер
« : Апрель 25, 2012, 03:22:31 pm »
Все равно никто ничего не пишет :)

Я тут поиграл с китайским игрушечным вертолетом (рулез) и в очередной раз задался вопросом: почему оно не ломается, когда падает/врезается, а полноразмерный вариант сразу крэшится. Примеров "закона" можно найти массу. Например, животные/растения не эволюционируют больше определенного размера. Кошка пролетает много этажей и отделывается ушибом (обычно). И т.д. Т.е., "хрупкость" с размером растет быстрее "прочности". Какова физика процесса?

P.S. Сразу оговорюсь, сопромата (если это оттуда) в универе у меня не было.

DIzer

  • Гость
Re: прочность vs размер
« Ответ #1 : Апрель 25, 2012, 03:53:21 pm »
 ;) А закон сохранения импульса у вас в школе был? - если нет, то  с определенными допущениями:
Fdt=mV1-mV2 - здесь F -сила которая действует на тело массой m замедляющееся  со скорости V2 до V1  за маленькое время dt - прикиньте разницу  в воздействии для массивного и легкого тела, и  получите часть ответа.
« Последнее редактирование: Апрель 25, 2012, 03:57:30 pm от DIzer »

DIzer

  • Гость
Re: прочность vs размер
« Ответ #2 : Апрель 25, 2012, 03:58:48 pm »
конечно с V1 до V2  сорри, грубо говоря, если масса больше на порядок, то на порядок больше испытываемое телом воздействие (при прочих равных обстоятельствах)
« Последнее редактирование: Апрель 25, 2012, 04:00:42 pm от DIzer »

DIzer

  • Гость
Re: прочность vs размер
« Ответ #3 : Апрель 25, 2012, 04:03:22 pm »
так кошка массой в 2 кг получает меньше чем 80 кг чел в 40 раз -вам этого мало?

vlad

  • Hero Member
  • *****
  • Сообщений: 1391
    • Просмотр профиля
Re: прочность vs размер
« Ответ #4 : Апрель 25, 2012, 04:08:03 pm »
;) А закон сохранения импульса у вас в школе был? - если нет, то в с определенными допущениями:
Fdt=mV1-mV2 - здесь F -сила которая действует на тело массой m замедляющееся  со скорости V2 до V1  за маленькое время dt - прикиньте разницу  в воздействии для массивного и легкого тела, и  получите часть ответа.

Ну понятно, что импульс больше. Так и тело больше (прочнее). В чем и вопрос - почему "прочность" увеличивается непропорционально массе. Какое физическое свойство за это отвечает? Могут ли на самом деле существовать мегакосмические корабли или гравитация близлежащей планеты разорвет их на куски? :)

DIzer

  • Гость
Re: прочность vs размер
« Ответ #5 : Апрель 25, 2012, 04:11:22 pm »
1. Не правильно - разрушение вызывает большая СИЛА действующая на  (относительно небольшую) СОПРИКАСАЮЩУЮСЯ  с землей часть тела....
2. А вот тут уже начинается (в определенных допущениях) "неизвестный" вам сопромат, и еще кое - что , менее простое... :)
« Последнее редактирование: Апрель 25, 2012, 04:15:57 pm от DIzer »

valexey

  • Administrator
  • Hero Member
  • *****
  • Сообщений: 1990
    • Просмотр профиля
Re: прочность vs размер
« Ответ #6 : Апрель 25, 2012, 04:16:01 pm »
;) А закон сохранения импульса у вас в школе был? - если нет, то в с определенными допущениями:
Fdt=mV1-mV2 - здесь F -сила которая действует на тело массой m замедляющееся  со скорости V2 до V1  за маленькое время dt - прикиньте разницу  в воздействии для массивного и легкого тела, и  получите часть ответа.

Ну понятно, что импульс больше. Так и тело больше (прочнее). В чем и вопрос - почему "прочность" увеличивается непропорционально массе. Какое физическое свойство за это отвечает? Могут ли на самом деле существовать мегакосмические корабли или гравитация близлежащей планеты разорвет их на куски? :)

Грубо говоря, на прочность влияет площадь тела (оболочка - вспоминаем ажурные мосты, всякие ребра прочности и так далее), именно она держит основные нагрузки. Сила же которая возникает в случае торможения апстену пропорциональна массе тела (F = m*a, да). Масса пропорциональна, естественно, объему тела ( m = V*ro, где ro - плотность). Если взять некий характерный размер тела l, то прочность (абсолютная) будет ~l^2, а сила при апстене будет ~l^3. Относительная же прочность (на единицу характерного размера тушки) будет 1/l. Чем тушка крупнее, тем больше шансов пострадать от собственной массивности.
"но сейчас, чтобы компенсировать растущую мощность компьютеров, программисты используют фреймворки"

vlad

  • Hero Member
  • *****
  • Сообщений: 1391
    • Просмотр профиля
Re: прочность vs размер
« Ответ #7 : Апрель 25, 2012, 04:20:07 pm »
Грубо говоря, на прочность влияет площадь тела (оболочка - вспоминаем ажурные мосты, всякие ребра прочности и так далее), именно она держит основные нагрузки. Сила же которая возникает в случае торможения апстену пропорциональна массе тела (F = m*a, да). Масса пропорциональна, естественно, объему тела ( m = V*ro, где ro - плотность). Если взять некий характерный размер тела l, то прочность (абсолютная) будет ~l^2, а сила при апстене будет ~l^3. Относительная же прочность (на единицу характерного размера тушки) будет 1/l. Чем тушка крупнее, тем больше шансов пострадать от собственной массивности.

Все равно непонятно: "на прочность влияет площадь тела". Вот если мост сделать в два раза более ажурным (за счет меньшей толщины балок) - он будет в два раз прочнее?

valexey

  • Administrator
  • Hero Member
  • *****
  • Сообщений: 1990
    • Просмотр профиля
Re: прочность vs размер
« Ответ #8 : Апрель 25, 2012, 04:26:51 pm »
Грубо говоря, на прочность влияет площадь тела (оболочка - вспоминаем ажурные мосты, всякие ребра прочности и так далее), именно она держит основные нагрузки. Сила же которая возникает в случае торможения апстену пропорциональна массе тела (F = m*a, да). Масса пропорциональна, естественно, объему тела ( m = V*ro, где ro - плотность). Если взять некий характерный размер тела l, то прочность (абсолютная) будет ~l^2, а сила при апстене будет ~l^3. Относительная же прочность (на единицу характерного размера тушки) будет 1/l. Чем тушка крупнее, тем больше шансов пострадать от собственной массивности.

Все равно непонятно: "на прочность влияет площадь тела". Вот если мост сделать в два раза более ажурным (за счет меньшей толщины балок) - он будет в два раз прочнее?
Забыл добавить "в лучшем случае". В худшем - будет константа. :-) Важно что как ни крутись, один фиг сделать "прочность" пропорциональной l^3 не получится.

Но опять таки, нужно понимать что все это работает в определенных допущениях - в случае ОЧЕНЬ массивных тел (начиная, пожалуй с размеров сопоставимых с луной) получим обратное - оно будет тем прочнее, чем массивнее, ибо начинает играть гравитация. То есть тут будет как раз тот самый ~l^3.

А в случае с мостом - вопрос сложный. Тут уже нужно детально рассматривать направления прилагаемых сил и рассматривать уже материалы из которых оно сделано (ибо можем упереться в их особенности). Но если предположить что у нас идеальный материал, то да, при более тонкой технологии сама конструкция стенет, грубо говоря, прочнее, но также она станет более хрупкой (проще проломить в данном конкретном месте). См. яичную скорлупу.
"но сейчас, чтобы компенсировать растущую мощность компьютеров, программисты используют фреймворки"

vlad

  • Hero Member
  • *****
  • Сообщений: 1391
    • Просмотр профиля
Re: прочность vs размер
« Ответ #9 : Апрель 25, 2012, 04:36:54 pm »
А в случае с мостом - вопрос сложный. Тут уже нужно детально рассматривать направления прилагаемых сил и рассматривать уже материалы из которых оно сделано (ибо можем упереться в их особенности). Но если предположить что у нас идеальный материал, то да, при более тонкой технологии сама конструкция стенет, грубо говоря, прочнее, но также она станет более хрупкой (проще проломить в данном конкретном месте). См. яичную скорлупу.

Т.е., если сделать полноразмерный вертолет с минимальной массой (за счет изымания материала отовсюду, что не является несущей поверхностью), то он будет такой же неубиваемый как и игрушечный? И мешает этому только технология?

P.S. Не очень понятно чем определяется соотношение между "полезной массой материала, образующей прочностную поверхность" и "бесполезной массой материала, не повышающей прочность".

valexey

  • Administrator
  • Hero Member
  • *****
  • Сообщений: 1990
    • Просмотр профиля
Re: прочность vs размер
« Ответ #10 : Апрель 25, 2012, 04:37:05 pm »
Про прочность и применимость модели дополню: тут важно что мы подразумеваем под прочностью, то есть на какие воздействия тестируем.

То есть например если в твой самолетик стрельнуть из пневматики, то чем крупнее он будет, тем проще отделается. Начиная с некоторых размеров (и соответственно толщин стенок) пуля в нем либо просто застрянет (даже не пробив и не отломав чего-либо), либо радостно сплющится и отпадет (если материал стенок достаточно твердый). И это при том, что этот крупный победитель пневматике при встрече с апстеной пострадает сильно больше, чем его хрупкий страдающий от пуль мелкий брат.
"но сейчас, чтобы компенсировать растущую мощность компьютеров, программисты используют фреймворки"

valexey

  • Administrator
  • Hero Member
  • *****
  • Сообщений: 1990
    • Просмотр профиля
Re: прочность vs размер
« Ответ #11 : Апрель 25, 2012, 04:40:11 pm »
А в случае с мостом - вопрос сложный. Тут уже нужно детально рассматривать направления прилагаемых сил и рассматривать уже материалы из которых оно сделано (ибо можем упереться в их особенности). Но если предположить что у нас идеальный материал, то да, при более тонкой технологии сама конструкция стенет, грубо говоря, прочнее, но также она станет более хрупкой (проще проломить в данном конкретном месте). См. яичную скорлупу.

Т.е., если сделать полноразмерный вертолет с минимальной массой (за счет изымания материала отовсюду, что не является несущей поверхностью), то он будет такой же неубиваемый как и игрушечный? И мешает этому только технология?

P.S. Не очень понятно чем определяется соотношение между "полезной массой материала, образующей прочностную поверхность" и "бесполезной массой материала, не повышающей прочность".
Мешает ему еще полезная нагрузка :-) То есть например тушка человека сделать которую ажурной никак не выходит пока :-)
И мешают внешние воздействия аля "пуля меткого стрелка" или стая "не в меру упитанных птиц". Но ажурный сферический вертолет собственную встречу с апстеной переживет много лучше чем его полновесный собрат которому птица, тушка человека и даже пуля меткого стрелка особо не вредят.
"но сейчас, чтобы компенсировать растущую мощность компьютеров, программисты используют фреймворки"

Губанов Сергей Юрьевич

  • Hero Member
  • *****
  • Сообщений: 590
    • Просмотр профиля
    • Домашняя страница
Re: прочность vs размер
« Ответ #12 : Апрель 25, 2012, 09:19:05 pm »
Вычисление роста жирафа из первых принципов
http://igorivanov.blogspot.com/2007/08/blog-post.html
Цитировать
Какая замечательная статья появилась сегодня в архиве: The height of a Giraffe (кстати, автор известный астрофизик). В этой статье приводится оценка максимального роста живого дышащего существа на типичной обитаемой планете.

Ответ, полученный автором: h = a0*γ^0.3, где a0 это боровский радиус, а γ -- во сколько раз электрическая сила между двумя протонами больше гравитационной. Численно, h примерно равно 3,6 метра.

Там есть еще и другие оценки, в общем, веселое чтиво :)
Единая теория всего уже, можно сказать, на подходе.

DIzer

  • Гость
Re: прочность vs размер
« Ответ #13 : Апрель 26, 2012, 05:16:50 am »
Жаль на фигню тратить время-ибо http://www.dinozavro.ru/juras/diplodoc.php  ;) да и жираф взрослый более чем на 5 метров будет...
« Последнее редактирование: Апрель 26, 2012, 05:20:16 am от DIzer »

Peter Almazov

  • Sr. Member
  • ****
  • Сообщений: 482
    • Просмотр профиля
Re: прочность vs размер
« Ответ #14 : Апрель 26, 2012, 06:06:35 am »
Советую почитать книгу Я.И.Перельмана "Занимательная механика", глава "Механика в живой природе".
Да и остальные главы тоже  :)

http://www.phantastike.com/link/science/zanimatelnaya_mehanika.zip