¿Cómo sería usar una vibrocuchilla?

Gracias al amigable usuario de redit "Uchihakengura" que estaba respondiendo una pregunta sobre la cuchilla de alta frecuencia de Metal Gear Rising (básicamente es una vibrocuchilla en todo menos en el nombre y en el universo de Metal Gear) tenemos el siguiente desglose

"Una cuchilla, incluso una pequeña, funciona con un principio simple. Fuerza aplicada > Fricción del material cortado. Un cuchillo, un cuchillo de cocina regular, afilado con una punta micrométrica, donde el ancho del borde es de 1.0x10-7 metros de ancho, requiere una cantidad muy pequeña de fuerza para cortar algo como, por ejemplo, una cáscara de sandía. Cortarla requeriría algo de fuerza, pero empujar hacia abajo con una cuchilla atravesaría con algo de esfuerzo.

Ahora, si agrega vibraciones al cuchillo, esas vibraciones permitirían que la hoja se mueva hacia adelante y hacia atrás. Digamos, incluya una vibración de 10Khz en la hoja. Eso está reproduciendo un sonido, que tiene una frecuencia de 10.000 vibraciones/segundo. Definición científica: 1 Hertz = período entre la cresta y el valle de una onda. 10 000 Hertz, o 10 KiloHertz, significa que 10 000 de estas crestas y valles pasarán cada segundo. Dicho esto, un sonido de 10Khz inducido haría que la hoja osculara, incluso microscópicamente, en respuesta al sonido. Las vibraciones de las hojas actuarían forzando energía adicional en la hoja que se traduciría rápidamente en la superficie cortada y ayudaría a separar los materiales más fácilmente mediante la creación de una pequeña, aunque microscópica bolsa de aire entre el cuchillo y la cáscara de la sandía que estaría cortando. .

Considere esto, una rebanadora de pavo, oscila hacia adelante y hacia atrás para cortar el pavo. Este es el mismo concepto, en lugar de ir y venir muchas veces por segundo, estarías haciendo que la hoja se moviera de lado a lado. Cuanto más rápidas sean las ondas y mayor sea la frecuencia, en teoría, más vería el efecto en un punto.

Sin embargo, hay motivo de preocupación cuando se hace algo de esta naturaleza. Una vez que llegue a cierto punto, puede terminar rompiendo el cuchillo, porque las oscilaciones son demasiado para que el mango, el metal o la hoja se mantengan de pie y podrían terminar dañando la hoja. Cuando esto sucede, es mejor comprar un cuchillo nuevo".

(publicación diferente del mismo usuario un día después)

"Las oscilaciones causadas por una frecuencia que pasa a través de la cuchilla se debaten de vez en cuando sobre cuáles pueden ser realmente los efectos. Algunos dicen que inducir una onda de alta frecuencia y alta amplitud sería perjudicial o perturbador para el usuario.

Por ejemplo, agarrar el mango de una cortadora de césped o una motosierra. Estos artículos emiten una baja frecuencia (cortacéspedes 60-200 revoluciones por segundo y hojas de motosierra viajan a lo largo de la trayectoria de la hoja a alrededor de 150 revoluciones por segundo), pero también tienen una gran amplitud. Las cortadoras de césped, por ejemplo, encuentran inestabilidad en las cuchillas y muchos, muchos puntos de arrastre que hacen que las cuchillas se "tambaleen" creando puntos de impacto adicionales que interfieren y hacen que sus vibraciones hagan cosas extrañas. Las motosierras, por otro lado, tienen un borde muy dentado que crea cientos de "dientes" que golpean y mastican la madera cuando se presionan contra un tronco. Todos estos dientes crean una instancia similar de múltiples puntos de arrastre y reducen la velocidad de la hoja, y en tal forma crean más vibraciones de interferencia.

Sin embargo, el concepto de una espada es muy diferente a este pensamiento. En la comunidad de forjadores de espadas existe un concepto para usar precisamente esto, se llama Equilibrio armónico.

Para tomar prestada una publicación...

Lo que Harmonic Balance hace por una espada: evita que el impacto se transmita a la mano del usuario cuando se golpea con la espada. Esto conserva energía: la espada no 'desperdicia' energía sacudiendo al usuario incluso cuando el golpe cae fuera del COP. También evita que el usuario pierda el control de la espada debido a la vibración transmitida a la mano del usuario. También minimiza la tendencia de la espada a dañar el conjunto de la empuñadura a través de la vibración. ¡Todas las cosas buenas!

Michael Tinker Pearce Moderador Fabricante de espadas Asesor educativo honorario de SFI Esto diría que las vibraciones se reducen al viajar a través de la hoja hacia el usuario de la espada, y que las vibraciones son malas. Sin embargo, en el lado opuesto de la escala podemos usar el mismo principio, pero haciendo un ajuste simple. Use una onda de frecuencia resonante súper alta o una onda ultrasónica para generar una onda de frecuencia extremadamente alta, con una amplitud muy pequeña. Estas "micro vibraciones" serían invisibles a simple vista y se podrían sentir en un pequeño grado, pero en general en el mango serían ineficaces.

Lo que esto significa para la cuchilla: el aumento de alta frecuencia haría que la cuchilla se moviera hacia adelante y hacia atrás tan rápido que literalmente comenzaría a destruir las cosas al contacto a un nivel microscópico. En cuanto a la frecuencia, estamos hablando... 20Ghz, o 50 Ghz. Eso es 50 mil millones de vibraciones por segundo".

La publicación original se puede encontrar en https://www.reddit.com/r/GameTheorists/comments/2e4cz7/is_the_high_frequency_sword_in_metal_gear_rising/

vibración

Considere la posibilidad de la sierra de calar de mano motorizada.

Esta es una hoja vibratoria en todo menos en el nombre y el uso de alto impacto. Tiene una hoja corta dentada que se hace vibrar rápidamente para dar su acción de corte. La vibración es altamente efectiva y es poco probable que se rompa en pedazos.

Sin embargo, tiene algunas desventajas.

En este caso se puede ver claramente que la hoja es considerablemente más ligera que el mango. Es necesario mantener este equilibrio para obtener la hoja vibratoria en lugar de una hoja estática con un mango vibratorio. En el uso a largo plazo, también corre el riesgo de lo que se conoce como Vibration White Finger .

Espada

Considere una espada. La mayor parte del peso está en la hoja. Para hacer que esta cuchilla vibre, necesitamos aumentar masivamente el peso del mango, disminuir masivamente el peso de la cuchilla, o ambos.

Hagamos ambas cosas . Ahora estamos viendo algo que podría usarse como una vibrocuchilla. Todavía tendría que quitar mucho más peso de esa hoja y, a menos que tenga la capacidad de cortar 2 pulgadas de acero al contacto, es probable que no pueda parar.

Ahora no estoy aumentando mucho la tecnología aquí. Las vibraciones siguen siendo macro y están casi dentro de la tecnología disponible actualmente. Solo necesita ordenar el peso y el borde de la cuchilla.

La forma en que se podría impulsar la hoja vibratoria es explotando el efecto piezoeléctrico, donde se puede inducir a algunos materiales a expandirse o contraerse aplicando y liberando un campo eléctrico. un campo que varía rápidamente haría que el material se expandiera y se pusiera en contacto rápidamente, lo que podría usarse para inducir vibraciones en una hoja unida al material (por ejemplo, atornillada en la espiga de la hoja), o hacer el material a partir del material piezoeléctrico en sí mismo (aunque esto es muy problemático, ya que la propiedad del material que hace que una hoja sea buena puede no estar presente en los materiales piezoeléctricos).

Varios carteles ya han comentado sobre el tamaño y la masa de la fuente de energía, pero otro factor que habría que tener en cuenta es el calor residual. La conversión de energía eléctrica en el movimiento vibratorio del cristal piezoeléctrico no va a ser 100 % efectiva, y la hoja también se calentará hasta cierto punto porque se le entrega energía adicional. El usuario encontrará que la empuñadura se calienta incómodamente en poco tiempo (y si la batería o el generador están en el pomo, sostener la espada se vuelve complicado durante un período prolongado. Una batería de iones de litio caliente no es algo con lo que meterse.. .).

El aspa actuará como un radiador hasta cierto punto, y "esculpir" el aspa para aumentar el área de la superficie y manejar el aspa en una serie continua de movimientos para inducir el flujo de aire sobre el aspa ayudará al usuario a mantener el sistema fresco. Las peleas con armas afiladas pueden convertirse en frenéticas batallas cortantes cuando los usuarios intentan mantener las hojas en movimiento para enfriar la maquinaria vibratoria oculta en la empuñadura y el pomo.

Otras respuestas son bastante buenas, pero siento que puedo agregar un poco de información interesante:

Respondiendo al último punto de tu pregunta:

¿Serías capaz de aferrarte a tal arma?

1. Si asumimos que el vibrocuchillo debe vibrar físicamente de forma permanente en cualquier dirección, entonces sin protección a largo plazo, puede causar el síndrome del túnel carpiano . Además, sería bastante incómodo. Pero lo que podrían hacer los ingenieros que diseñan esa cosa: pueden agregar un puente entre el mango y la cuchilla con un motor que vibra en una amplitud y frecuencia opuestas. O los diseñadores podrían tomar una ruta más cruda, y agregar algún material y/o un conjunto de resortes para manejar que amortigüen las vibraciones.

2. Si asumimos que el vibrocuchillo debe vibrar físicamente solo durante los momentos de golpe y penetración (y el usuario tiene algún tipo de disparador para controlarlo), entonces podría omitir la parte de los amortiguadores que mencioné en mi respuesta anterior.

3. Podría ser un requisito para el usuario de vibroblade tener las manos alteradas (manos cibernéticas) o tener una unidad de servoarmadura externa para la parte superior de su cuerpo para compensar cualquier vibración (pero todo este diseño "3" se siente demasiado complejo).

y el arma eventualmente se destruiría a sí misma?

Eventualmente sí, pero puede echar un vistazo a las herramientas manuales eléctricas del mundo real que producen vibraciones... taladros, sierras, motosierras. Esas cosas podrían construirse para durar decenas de años. Y tenga en cuenta que las armas y espadas del mundo real no están diseñadas para durar para siempre.

También es posible que la parte "vibro" en "vibroblade" sea un nombre científico o de marca para algún tipo de efecto o tecnología que no tiene conexión con las vibraciones físicas, como algún tipo de corriente eléctrica que fortalece los enlaces entre las micropartes de la cuchilla compuestas de materiales específicos. ; esta 'corriente' teórica hace que la hoja sea dura o robusta y mantenga el filo, pero no frágil (limitación para las espadas del mundo real: cuanto más duro es el acero, más afilado puede llevar el borde para morder material menos duro... pero el acero más duro es más frágil que flexible! imagina tener una espada de cristal - dureza perfecta... ugh... rota... cero utilidad)

La transmisión de vibraciones dañinas al mango se puede eliminar mediante la contravibración de un contrapeso adecuado.

Si el dispositivo es simple, dependiendo de un diseño cuidadoso y un buen equilibrio, se sentirá alguna vibración, causada por una reacción de toda la herramienta a la fuerza que ejerce sobre el material cortado.

Con la tecnología microelectrónica disponible incluso hoy en día, la vibración del mango se puede sentir y la relación entre la hoja y el movimiento del contrapeso se puede ajustar dinámicamente, microsegundo a microsegundo, para que el usuario no sienta nada.

La mayoría de la gente asume que la 'cuchilla es simplemente algún tipo de espada estándar que vibra. Imagino un par de cuchillas delgadas como una navaja y de alta resistencia a la tracción colocadas de manera muy similar a un diapasón. Sus vibraciones se compensan entre sí, lo que reduce en gran medida los efectos de las vibraciones en sí mismo o en el usuario. Si bien las palas serían relativamente ineficaces cuando no vibran, la alta tasa de vibración (en el rango de terahercios o más) es lo que causa el daño real.