Pregunta:
¿Qué preocupaciones debería tener en cuenta para construir una piscina de monedas de oro?
durron597
2015-03-03 22:05:21 UTC
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Scrooge McDuck swimming pool

Si quisiera construir una piscina de monedas de oro [como en DuckTales], ¿qué preocupaciones de ingeniería (no seguridad) tendría que abordar para hacer tal piscina factible? Por ejemplo, dado que el oro es mucho más pesado que el agua, ¿debería preocuparme más por el peso total que soporta la base o las presiones laterales aplicadas a los lados de las piscinas?

Algunos detalles más :

  • Tenía paredes de metal. ¿Serían suficientes las paredes de acero? ¿Necesitaría algo más fuerte como el titanio?
  • Los seres humanos, en casi todos los casos, miden menos de $ 3 $ metros de altura. Aunque el medidor de profundidad de Scrooge es de $ 90 pies $, por razones de ingeniería, mantengamos la piscina a $ 3 $ metros de profundidad. Nota: la pregunta originalmente proponía un fondo común de $ 30 millones $ x $ 30 millones $ x $ 30 millones $, que ahora estoy cambiando a un fondo común de $ 30 millones $ x $ 30 millones $ x $ 3 millones $.
  • La densidad de las monedas de oro es lo suficientemente cercana a la densidad del oro puro, es decir, $ 19.3 \ frac {g} {cm ^ 3} $
  • Las monedas de oro estarían tan apretadas como lo harían Si esperas que los empujen con frecuencia (¡por ejemplo, nadando!). No estarían en pilas ordenadas.
Me gustaría ser la persona para la que esta es una preocupación real y práctica. (De hecho, [este video] (https://www.youtube.com/watch?v=51Lbo1d3KDw) muestra un "grupo" de monedas en la bóveda de un banco, aunque el material de la moneda y la profundidad / volumen no se especifican .)
@Air Creo que son [aleación de cobre, aluminio y níquel] (http://boingboing.net/2014/01/28/for-sale-swiss-scrooge-mcduck.html)
Creo que la pregunta _real_ es: [¿podrías siquiera llenar esa bóveda con oro?] (Http://www.bbc.com/news/magazine-21969100)
No se ha extraído suficiente oro en toda la historia de la humanidad para acercarse siquiera a los 27.000 metros cúbicos.
Has respondido tu propia pregunta. * "Si quisiera construir una piscina de monedas de oro, ¿qué preocupaciones de ingeniería tendría que abordar?" * Luego menciona las dos únicas preocupaciones: * "la base o las presiones laterales" *. Podría seguir adelante y redactar una respuesta que diga: "Debes preocuparte por las presiones de base y laterales". pero eso parece redundante. Si en cambio está pidiendo que alguien realice algunos cálculos específicos o haga un diseño por usted, debe ser más explícito. Como tal, no estoy seguro de que sea una buena pregunta.
@AdamDavis: edité esas preocupaciones para enfocar la pregunta más en la exploración de los principios de ingeniería. Si mi edición impide que se realicen respuestas, la eliminaré. Mi esperanza había sido generar algunos cálculos de la parte posterior de la servilleta que mostraran las fuerzas y presiones relativas y si los materiales sugeridos podrían manejarlas.
¿Puedes decir si realmente te gustaría nadar en las monedas? Esto requeriría que la piscina vibre para 'licuar' las monedas sólidas y, por lo tanto, requeriría significativamente más ingeniería.
[Relevante "¿Y si?"] (Https://what-if.xkcd.com/111/) (robado descaradamente del chat)
@OlinLathrop: Con el presupuesto adecuado, podría construir suficientes plantas de desalinización de agua de mar, que podrían extraer oro del agua de mar. Hay más que suficiente oro en el agua de mar para llenar una piscina de este tipo muchas veces, pero se necesita mucha energía para extraerla y purificarla.
Tres respuestas:
#1
+8
Adam Davis
2015-03-04 02:02:16 UTC
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El peso del oro sería de aproximadamente 52,110,000 kg, más de 900 metros cuadrados de superficie. Esto es aproximadamente 82,4 psi de presión del piso o, bajo gravedad estándar, 57,9 kN / m ^ 2 de carga viva. Este es solo un orden de magnitud mayor que los edificios industriales típicos (almacenamiento, ensamblaje) que aceptan 7.5kN / m ^ 2 en la superficie del piso.

El peso total del oro es aproximadamente 1/5 del peso del edificio empire state vacío, pero es aproximadamente 8 veces más pequeño en área (900 metros cuadrados para el oro frente a 7,400 metros cuadrados para el edificio empire state).

de la servilleta, sería razonable suponer que podría encontrar un terreno que pudiera soportar la estructura.

Las técnicas típicas de construcción de acero estarán perfectamente bien con estructuras de soporte de menos de 100 PSI, aunque sugiero un piso de concreto de todos modos. No se necesitan materiales exóticos, aunque me atrevería a decir que puede pagarlos. Los recipientes a presión de pared simple pueden manejar la presión de las paredes, si puede hacer que su edificio sea circular en lugar de cuadrado, pero si insiste en que debe ser cuadrado, probablemente necesitará paredes dobles con algunos refuerzos diagonales para mantener la estructura cuadrada y las paredes rectas en el centro de las paredes. Si bien 80PSI no es extraordinario, más de 30 metros de pared ejercerá una fuerza excepcional.

Tenga en cuenta que este es un análisis rápido de la parte posterior de la servilleta, y estoy mezclando libremente presión y peso para Facilitar la determinación de si es factible o imposible. Se necesitaría un diseño y un análisis más rigurosos para construir realmente dicha estructura.

#2
+5
Russell McMahon
2015-03-04 12:50:44 UTC
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"Nadar" sería casi imposible.
SI el oro transmitiera flotabilidad como lo hace el agua, lo cual no lo haría, - a plena densidad, "flotaría" con aproximadamente un 5% sumergido.
Si la densidad media debido al empaque fuera de aproximadamente el 50%, entonces "flotaría aproximadamente al 10% de inmersión.

Sin embargo, si cavó / excavó / zambulló (ouch) un agujero y monedas luego, apilados encima de usted, los mecanismos que causan la flotabilidad, transfiriendo la fuerza uniformemente a todas las superficies adyacentes y equilibrando la presión en todo el cuerpo, no se aplicarían, y sería como intentar salir a la superficie desde una zanja hundida, pero peor.

Si el área frontal proyectada de su cuerpo fuera de aproximadamente 0,5 m ^ 2, entonces una capa de monedas de 100 mm / 4 pulgadas por encima de usted a plena densidad pesaría aproximadamente una tonelada / tonelada.
Incluso a la mitad de la densidad de oro promedio, eso es 500 kg.

Nadar en ladrillos puede ser menos doloroso.

¿Quizás si se aleara con algo de mercurio, tallio y demás?
#3
+3
hazzey
2015-03-04 10:16:48 UTC
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Propiedades de oro

Desde aquí:

$ \ gamma = 19.3 \ g / cm ^ 3 \\ rendimiento \ Strength = 205MPa $

¿Qué altura tiene?

El oro es relativamente blando. También es relativamente denso. En algún momento, una pila de monedas de oro dejará de ser monedas separadas en la parte inferior. La pila será tan alta que las monedas de abajo se romperán.

Resulta que esta altura es de unos 1.000 metros.

¡Buenas noticias! Tus monedas de oro seguirán siendo monedas; no tendrás que nadar a través de una mancha sólida de oro.

Presión horizontal

Vamos a suponer que una pila de monedas de oro se comporta de alguna manera como un montón de rocas. Este ángulo de fricción es de 10 grados por XKCD y esta publicación aleatoria.

$ \ phi = 10 ^ \ circ $

Usando presión de tierra activa Rankine:

$ K_a = tan ^ 2 (45- \ frac {\ phi} {2}) = 0,70 $

Esto significa que el 70% de la fuerza vertical del oro se ejerce lateralmente sobre las paredes de la bóveda. Esto es mucho. Un suelo típico es menos denso y ejerce solo alrededor del 30% de la fuerza lateral.

Dependiendo de la altura del oro, las siguientes fuerzas tendrían que ser resistidas por la parte inferior del muro:

  • 3 m de oro = 0.4 MPa (8,300 lb / sf)
  • 30 m de oro = 4.0 MPa (83,000 lb / sf)

Este sería una pared muy resistente.

Como referencia, la presión del agua en la parte inferior de la presa Hoover está en la región de 2,1 MPa.


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