【官方雙語】神奇的金屬玻璃，巨能彈

他們稱這為原子蹦床，而在二零零零年代末的一段短暫時間裡 你其實可以買一台這種東西，但當時我並不知道有這類產品。 從那以後我一直試著弄到一個。這個是向「大幻覺」借來的。 在說明中連結到他們。我並不是因為收了錢才這麼說的，我只是真的非常感激。 當然，原子蹦床最令人驚奇之處在於那個球能彈跳的時間如此之長。 軸承彈跳。關於語言的一個小註釋，這是一種滾珠軸承。內部的球體是 也稱為滾珠軸承。我知道這會讓一些人感到生氣。那些人想要那些 內部的球稱為滾珠，而不是滾珠軸承，我理解為什麼這麼稱呼，但 大多數人稱滾珠軸承內部的球為滾珠軸承。因此，我將稱它們為球。 軸承。但重點是，看看它彈跳的樣子。最後一次是37秒。跟這個相比 一個滾珠軸承在普通的鋼板上能彈跳多久。左邊那個的原因是 彈跳時間如此之長的原因在於其表面有一層薄薄的非晶態金屬。非晶態 僅表示金屬中的原子並未形成規則的晶格排列。它們並未形成 晶體結構。相反，原子的排列看起來是隨機的。我會解釋為什麼會是無定形的 金屬在一分鐘內就會彈回來，但首先我想看看我是否能大幅延長這個時間。 這東西透過調整幾處細節就能增加彈跳效果。那麼，我該如何才能提升它的彈跳性能呢？ 東西？嗯，這是附帶的滾珠軸承，但它是不是最適合這個的滾珠軸承呢？ 工作？滾珠軸承由不同材料製成。不鏽鋼、滲碳鋼、鍍鉻鋼。 玻璃滾珠軸承，陶瓷滾珠軸承。我沒辦法弄到鑽石滾珠軸承，但我 確實得到了一個紅寶石滾珠軸承。這裡有幾個不同的滾珠軸承並列比較。你會注意到我 能夠將其中一些的透明塑膠管取下，但並非全部都能。這是因為 要不就是在我有機會之前它們就停止彈跳了，要不就是因為它們一直左右彈跳。 並撞擊管壁。因此，透過測試這些不同的滾珠軸承，我所測試的不僅僅是 材料本身，但我也在測試其容差。就像那些左右彈跳的球一樣 它們的球形程度不夠，這正是導致側向運動的原因。紅寶石在 特別令人失望，因為那花費了大量金錢。因此，那些表現更出色的滾珠軸承 原始材料為鈉鈣玻璃、AISI 52100 鋼以及一種稱為氧化鋯的陶瓷。 氧化物。因此，掌握了這些資訊後，我購買了更多的滾珠軸承。基本上，那些滾珠軸承 但有幾種不同的尺寸，因為也許這很重要。我沒有選太大或太重的。 因為我不想到時損壞那表面，尤其是它還是借來的。所以看起來 就好像如果 AISI 52100 鋼製滾珠軸承太大或太小，都會影響彈跳效果。 如果太大，可能是因为球成功傳遞了大量能量。 穿過那層薄薄的非晶金屬，然後進入那塊金屬所放置的物體之中 每次有大型球體經過時，你幾乎能明顯感受到桌面上的震動。 軸承撞擊到板子，這就是我將組件放在這塊風磚上的原因。它很重，而且…… 剛性。希望透過該表面的能量耗散會減少，這一點是肯定的。 我通過實驗觀察到，這種滾珠軸承的最佳直徑似乎是 五毫米。這些是氧化鋯球體軸承，再次看起來有一種完美的感覺。 在中間的位置。但為什麼較小的滾珠軸承表現得不如預期呢？我想是因為 可能出於兩個原因。第一個是空氣阻力對其影響不成比例地大。 較小的滾珠軸承。這一點在 Veritasium 近期關於掉落便士的影片中講得非常清楚。 從帝國大廈頂端掉下來，但簡單來說，這是因為平方立方定律，我就不深入解釋了。 在這段影片中。另一個需要考慮的因素是彈跳結束時發生的情況。 如果球的高度每次下降的比率固定，那麼它永遠不會 停止彈跳。高度應不斷趨近於零，但實際上永遠不會達到零。 但當然，在現實中，總會在兩個表面之間產生分子間作用力。 壓倒彈跳時的動能，並將對較小的物體產生不成比例的影響 由於平方立方定律，球體再次停止彈跳。因此，我們應該預期較小的球體會停止彈跳。 較快。因此，氧化鋯球軸承中最好的是七毫米的。實際上 我買過的同類型第一個。不同尺寸蘇打石灰玻璃滾珠中最好的一個。 實際上就是我們在最初的測試中看到的那個，這意味著整體最佳的是七。 42.7秒的毫米級氧化鋯球軸承，與原始球軸承相比 在相同條件下彈跳了34.7秒，提升了23%。 不算差。但我還想知道彈跳次數，而不僅僅是持續時間。 彈跳的。一種方法是錄下它發出的聲音，然後分析這段聲音。 WAV 檔案。你可以看到每次撞擊金屬板時都會出現這些波峰。我想到可以寫…… 一些軟體可以分析檔案並輸出反彈次數，但我覺得 雖然那會非常有趣，但這麼做可能比直接做還要花更長的時間。 手動計算峰值。看看這段結尾部分。你可以看到這是可聽頻率。 你聽到了嗎？這讓我想到太空蟋蟀的玩具了。如果你能打中什麼東西 重複到足夠高的頻率時，就會變成可聽見的音調。不過，總共彈跳了259次。 在那一次的運行中。這不是很驚人嗎？但這真的是我能做到的最好水平嗎？其中一種方式 滾珠軸承失去能量是因為空氣阻力。但這種影響有多大呢？ 實際上是什麼？為了弄清楚這一點，我向皇家學會借了這個真空腔。但在此之前 為什麼這種金屬是非晶態的？又為什麼這讓它如此有彈性？嚴格來說，你本該知道 只要冷卻速度足夠快，就能使任何金屬變成非晶態。但如果你的金屬不是…… 一種合金，所有原子大小相同，就會太容易形成規則的晶格結構。 模式。透過將原子大小不同的金屬製成合金，它們更難以移動。 找出那種規律重複的模式，這樣就不必這麼快冷卻。最早 例如，製造非晶態金屬需要每秒一百萬開爾文的冷卻速率。 第二，我的意思是冷卻速度極其驚人。因此，那些非晶金屬的樣本必須要…… 極其纖細。他們需要一個巨大的表面面積，以便迅速散發熱量。但由於 西元2000年，加州理工學院的科學家研發出一種含鋯、鈹、鈦、銅的合金。 以及鎳。而且比例恰到好處，這種合金可以以每開爾文一秒的緩慢速度冷卻。 第二步，它仍然會形成非晶金屬。這意味著你可以製作出這些厚實的樣品。 金屬玻璃。雖然「玻璃」一詞的用法頗為有趣，但在化學領域中，「玻璃」僅指無定形的狀態。 這種金屬實際上是玻璃。但為什麼它會這麼有彈性呢？讓我們來正式地提出這個問題。 談到恢復係數。恢復係數僅指 球擊打前速度與擊打後速度的比率 影響。由於總會有部分能量損失，因此出來的速度永遠比進入時慢。 假設它像完全彈性碰撞一樣，沒有任何速度損失，那麼恢復係數就是 會是另一種情況。在另一個極端情況下，如果球一碰到地板就立刻完全停止運動 這將是恢復係數為零的情況。實際上，這非常困難。 測量球在碰撞前後的速度。直接測量要簡單得多。 碰撞後球達到的高度以及它被釋放時的高度 從這裡可以看出，碰撞速度與球的下落高度之間存在某種關係。其中涉及一個平方關係。 根號內。因此，以高度表示的恢復係數是高度的平方根。 彈跳後的高度除以彈跳前的高度。在我們的情況下，則是通過測量計算得出。 我們從螢幕截圖中獲得的像素數量，其恢復係數為 0.990。而這…… 難以置信，因為正如我所說，你永遠無法得到恰好為一的恢復係數。 因為能量總會以某種方式損失。能量損失的主要方式之一是通過 塑性變形。塑性變形類似於彈性變形的相反過程。如果你對材料進行變形， 當某物發生彈性變形後，若移除使它變形的力，該物體將恢復到原來的形狀。 形狀。但如果你對某物進行塑性變形，當移除施加的力後，該物體的形狀將不會恢復。 不會恢復到原來的形狀。當你彈性地改變某物的形狀時，你所投入的能量 變形所產生的能量被儲存起來，在原則上，這部分儲存的能量可以回饋給物體。 扭曲了它。換句話說，你可以將一個球彈跳在一張拉伸的橡皮膜上，例如。但 如果你對一個表面進行塑性變形，那麼用來產生這種變形的能量現在就消失了。 表面不會對造成變形的物體產生反作用力。因此，不知何故 非晶金屬抗拒塑性變形。這是因為常規金屬之所以能夠變形，是因為 他們的不完美之處。在我的金屬熱處理影片中，我展示了晶體結構的形成過程。 物質會有如空位和位錯之類的缺陷。你可以從這段動畫中看到。 滑動晶體的一個區域相對於另一個區域時，所需的力會小得多。 透過一次處理一個原子，而不是一次移動整組化學鍵。 金屬內部充滿了這些位錯，這正是金屬能夠被彎曲成新形狀的原因。 位錯有時被稱為金屬中塑性的載體。當你永久彎曲時 一個金屬物件，你正在促使位錯在金屬體內滑移。實際上 如果你仔細觀察這塊普通的金屬，會發現上面布滿了許多小凹坑，那是球體滾過留下的痕跡。 軸承擊中了它，留下了一個凹痕。但在非晶態金屬中，原子的排列是隨機的。 缺陷無法長距離傳播。因此，若無移動的缺陷 塑性變形變得非常困難，因此能量不會通過此過程耗散。 但在我看來，這不可能是全部真相。我覺得你應該能夠調節這種材料 假設沒有塑性變形，球與地板的材質。 你擁有這些完美的材料，它們僅會產生彈性變形，但它們各不相同。 那會發生什麼情況呢？想像一下地板對彈性變形有極強的抵抗能力。在這種情況下， 字詞，當球彈跳到地面時，你可以想像它在空中飛行的樣子，它們 由於那反彈作用，它會搖晃不定，來回振盪。 那種振盪最終會以熱能形式消散，這代表能量的損失。 同樣地，如果球非常僵硬，例如滾珠軸承的情況，但地板卻不是的話 真的僵硬到這種程度，碰撞後地板就會開始震盪，而那正是…… 會以熱能的形式散失，這部分能量就損失了。我懷疑，如果你能調整好剛性， 球的硬度要與地板的硬度相匹配，這樣才能獲得最佳的彈跳效果。 有可能獲得，我懷疑這正是我在系統性地搜尋過程中一直在做的事情。 最好的滾珠軸承。你可能會認為，要達到最佳的剛性匹配，最好的方法是購買 由與板材相同非晶態金屬材料製成的滾珠軸承，我絕對會 很樂意測試一下，如果我能弄到一些的話。如果有誰認識可以幫上忙的人，請告訴我。 請告知您是否需要採購非晶金屬球軸承。不過實際上，球軸承的剛性是…… 物件不僅僅取決於其材料的特性，還取決於其 物件的幾何形狀。因此，由相同材料製成的滾珠軸承將具有相同的彈性模量。 彈性，但其剛度可能不同。不過，無論如何，我們現在真正想做的是 看看我們是否能通過抽出所有空氣進一步提升彈跳效果。現在這情況實在太瘋狂了 在吸走所有空氣之前，我覺得最好先進行一次對照測試。 大氣壓力，而且這次運行持續的時間遠遠超過我以往的任何一次運行。 這一定是由於安裝方式造成的。你看，它放在一塊磚上，而磚又放在這塊沉重的金屬上。 板。我之所以在里面放一块砖，是因为我需要把管子抬高，以便顶部能够向上。 管子位於圓頂頂部附近，這樣我就能用磁鐵將球釋放出來。但 記得我之前提過，你進行測試時所使用的表面似乎會產生影響 反彈時間。這是因為當球體撞擊板塊時，若表面過於柔韌， 這塊板會向下移動至表面，能量也會以那種方式耗散。所以我想 這種磚塊與金屬板的組合，比我之前用的空心磚要好。 我以為這已經很好了，但顯然還不夠好。也許如果這塊金屬板能夠…… 與一個更大更重的金屬板融合，會得到更好的效果。但請看一眼，僅僅一瞬間， 一秒钟，我已經非常開心，超過一分鐘了。那如果把空氣抽掉，我是不是能更好？ 事實上，我做了很多次實驗，有空氣和沒有空氣的情況下都有做，結果是…… 約兩到三秒的變異性，以及我所獲得的最佳時間，那是在真空環境下取得的。 僅略超出該範圍，因此你可能會主張其統計上並無顯著意義。 不過，不管怎樣，我還是要給你看看最棒的一次跑酷。就是你現在正在觀看的這一次。你 你可能會疑惑，你怎麼會聽到它的聲音，畢竟我已經把所有的空氣都抽走了。 那麼聲音就無法傳播。但實際上，當球擊中球棒時，聲波會傳播出去。 板子，穿過其下的金屬，穿過磚塊，然後穿過底座 這個房間。因此，你所聽到的聲音是從房間底部傳來的。 你可能已經注意到，這根管子頂部是斷開的，我用瞬間膠水把它黏了回去。 很抱歉，大幻象。我保證會買一個新的給你。 就這樣。一分零五秒。這不是很驚人嗎？希望您喜歡這段影片。 如果你沒有忘記，請記得按讚訂閱，這樣系統就會認為她會喜歡接下來的這支影片。