Chemie

X-Men-Prüfung: Dieser Ingenieurprofessor testete seine Schüler an Waffe X.

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Hatten Sie jemals einen Lehrer, der nur wusste, wie man Spaß am Lernen hat? Einige Lehrer sind großartig darin, zu improvisieren, das Lehrbuch zu verlassen und das Klassenzimmer aktueller zu gestalten, und weniger als ein Ort, an dem abstrakte Konzepte langsam in die Köpfe der Schüler eingearbeitet werden.

Ein Professor an der University of Southern Maine in den USA hat kürzlich genau das getan, indem er seine Studenten auf Konzepte wie Bindung, Kristallstrukturen, feste Unvollkommenheiten und Diffusion über das Marvel-Universum und X-Men getestet hat.

Ph.D. Der Assistenzprofessor für Maschinenbau, Asheesh Lanba, teilte uns seine kreative Prüfung mit, die Sie unten sehen können.

VERBINDUNG: 12 MARVEL- UND DC-SUPERHERO-TECHNOLOGIEN, DIE TATSÄCHLICH ERFINDET WURDEN

Die Fragen

Als die Schüler von Asheesh Lanba ihre Prüfungsunterlagen öffneten, wurden sie mit der folgenden Zusammenfassung begrüßt:

Marvel-Comics-Fans werden Weapon X als Codenamen für die staatliche Genforschungseinrichtung erkennen, die für die Injektion von Metall in Einzelpersonen verantwortlich ist, um sie in Waffen umzuwandeln.

X-Men's Wolverine hat diese Möglichkeit, sich für seine Fähigkeiten zu bedanken, obwohl der Charakter unter den traumatischen Ereignissen litt, die sich dort ereigneten.

Jeder Maschinenbauingenieur oder bloße Sterbliche, der seine Fähigkeiten testen möchte, kann sich die folgenden Fragen ansehen.

Frage 1. [10 Punkte]

Vor der Herstellung stellen Sie fest, dass Fe und Vi bei Oxidation mit Sauerstoff (O) mit den Oxiden FeO und ViO2 eine Passivierungsschicht auf der Oberfläche von Adamantium bilden würden. Ihre Vorgesetzten befürchten, dass die Schicht für praktische Zwecke zu hart (spröde) ist.

Sie erinnern sich, dass ionische Verbindungen im Allgemeinen härter und spröder sind als kovalente Verbindungen, und beschließen, den prozentualen ionischen Charakter der Bindung zu quantifizieren. Finden Sie den prozentualen ionischen Charakter der interatomaren Bindungen für FeO und ViO2. Angenommen, Vi hat die gleiche Elektronegativität wie Ti.

Frage 2. [10 Punkte]

Durch Röntgenkristallographie entdecken Sie, dass Vi in seinem ursprünglichen Zustand eine flächenzentrierte kubische Kristallstruktur aufweist und dass diese dichte Packung zu einem dichteren, stärkeren Metall führt. Ihr Vorgesetzter ist mit Kristallstrukturen im Allgemeinen nicht vertraut und fordert Sie auf, einige Berechnungen durchzuführen. Zeigen Sie für die FCC-Kristallstruktur, dass der atomare Packungsfaktor für FCC 0,74 beträgt.

Frage 3. [10 Punkte]

Bestimmen Sie für Adamantium, ob Sie erwarten würden, dass die Legierung eine vollständige Feststofflöslichkeit für das System Fe-Vi aufweist. Erkläre deine Antwort.

Frage 4. [15 Punkte]

Vor der Herstellung der Legierung möchten Sie einige Materialeigenschaften herausfinden, darunter die Dichte.

Für den ersten Testdurchlauf verwenden Sie keinen Kohlenstoff, um das binäre Fe-Vi-Legierungssystem in Adamantium besser zu verstehen. Sie planen zu verwenden 85 Gew .-% Fe und 15 Gew .-% Vi. Das Atomgewicht von Fe ist 55,845 g / mol und von Vi ist 48,948 g / mol. Aus der Literatur zu Fe-Ti-Legierungen geht hervor, dass es sich bei der Legierung wahrscheinlich um BCC handelt (Sie müssen die Anzahl der Atome in einer BCC-Einheitszelle abrufen oder ableiten). Nehmen Sie eine Kantenlänge der Einheitszelle von an 0,312 nm, auch aus der Literatur gefunden.

Leider können Sie die Dichte von Fe und Vi nicht messen, um die durchschnittliche Dichte zu ermitteln. Finden Sie die theoretische Dichte der Legierung mit dieser Zusammensetzung mit den Informationen, die Sie in g / cm3 haben.

Frage 5. [20 Punkte]

Sie haben die Aufgabe, die Temperatur-Diffusions-Beziehung für Vi in Fe zu ermitteln. Das findest du

Bestimmen Sie die Werte von D0 und die Aktivierungsenergie Qd und schreiben Sie die exponentielle Beziehung zwischen dem Diffusionskoeffizienten D und der Temperatur T auf.

Frage 6.

Sie stellen eine gegossene polykristalline Legierung aus her 85 Gew .-% Fe und 15 Gew .-% Vi, und Sie machen eine zylindrische Probe mit einem Durchmesser von 10 mm. Sie führen einen Zugtest bis zum Versagen durch. Sie gehen davon aus, dass das Poisson-Verhältnis für die Legierung 0,3 beträgt.


(ein) [10 Punkte] Sie machen den Fehler, während des Tests nicht die Längsdehnung zu messen, sondern die elastische Verringerung des Durchmessers von genau zu messen 1.810-4mm bei einer aufgebrachten Last von 1000 N. Berechnen Sie den Elastizitätsmodul für diese Legierung.


(b) [5 Punkte] Ihr Vorgesetzter möchte, dass Sie einen zusätzlichen Torsionstest durchführen, um den elastischen Schermodul der Legierung zu bestimmen. Sie erinnern sich, dass die Gusslegierung isotrop ist, und stellen fest, dass Sie keinen weiteren Test benötigen. Was ist der Schubmodul?


(c) [20 Punkte] Vom Einsetzen der plastischen Verformung bis zum Einschnüren möchten Sie die exponentielle Beziehung zwischen der tatsächlichen Spannung und der tatsächlichen Dehnung herstellen. Aus Ihren Berechnungen geht hervor, dass die technische Spannung an zwei Punkten auf diesem Teil der Kurve beträgt 550 und 600 MPaund die jeweiligen technischen Belastungen sind 0.045 und 0.05. Finden Sie die K- und n-Konstanten (mit Einheiten) in der Beziehung zwischen wahrer Spannung und wahrer Dehnung und schreiben Sie die Gleichung der Beziehung explizit auf.

Die Antworten

Zum Glück gab Professor Asheesh Lanba auch die Antworten auf die Prüfung, die Sie unten sehen können. Wenn Sie den Test gemacht haben, addieren Sie unbedingt Ihre Noten und teilen Sie uns mit, was Sie bekommen haben!

Frage 1.

Frage 2.

Frage 3.

Frage 4.

Frage 5.

Frage 6.

Ein realer Professor Xavier?

"Die Resonanz der Schüler war gut!" Professor Asheesh Lanba erzählte Interessante Technik per E-Mail, als wir ihn fragten, wie seine Schüler darauf reagierten, als Ingenieure für ein streng geheimes Mutantenprojekt der Regierung getestet zu werden.

Lanba sagte, dass die Schüler die Prüfung als Andenken fotografierten und dass ein Schüler nach der Prüfung ein langes Gespräch mit ihm über das Marvel-Universum führte. Popkultur und Comics sind wirklich die Mythologie unserer Zeit.

Hat Professor Lanba irgendwelche Ideen für andere Comic-Prüfungen in der Zukunft?

"Ich habe vor, mehr Comic- oder Fantasy-Prüfungen zu schreiben!" er sagt es uns. "Ich denke, es ist eine großartige Möglichkeit, eine zusammenhängende Geschichte für die Prüfung zusammenzustellen, und es macht den Schülern (und mir selbst, wenn ich die Prüfung mache) mehr Spaß."

"Tatsächlich steht die zweite Prüfung für denselben Kurs an, und ich werde die Geschichte des Materialingenieurs beim Weapons X-Programm fortsetzen!"

Professor Lanba sagte, dieser Ansatz helfe den Schülern, sich vom Stress der Prüfungen abzulenken und sich auf die Aufgabe zu konzentrieren. Vor allem macht es auch das Lernen Spaß. Die Welt braucht mehr Professoren wie Asheesh Lanba.


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