Latający Tesla? Pewnie! Obliczamy zapotrzebowanie na moc


Elon Musk nie boi się bawić na Twitterze. W niedawnym tweecie Musk zasugerował, że przyszły Tesla będzie wyglądał jak latający samochód Powrót do przyszłości.

Ha ha. Śmieszne. Ale czy to naprawdę działa? Co by trzeba było zrobić, by wykonać latający Tesla, który przemienia się z jazdy w tryb latania, z pchnięciem z kół? Czas na jakąś fizykę.

Mogę wymyślić kilka opcji, żeby odlecieć latającą Telsa z ziemi. Pierwsza metoda byłaby napędem rakietowym. Wydaje się, że to Elon chce użyć (naturalny wybór z powodu połączenia z SpaceX). Wygląda na to, że nawet nie żartuje.

Nie jestem ekspertem od rakiet, ale wygląda na to, że będziesz musiał tankować rakiety. Byłby to fajny chwyt, ale nie do codziennego użytku.

Istnieje jednak inny sposób na sprawdzenie, jak leci samochód – jakiś rodzaj steru powietrznego. Nie ma znaczenia, czy używasz jakiegoś silnika odrzutowego, czy wirnika, fizyka jest w większości taka sama. W celu uniesienia się, latający samochód wziął powietrze z samochodu i "wyrzucił" go. Ponieważ powietrze ma masę, zmiana prędkości tego powietrza oznaczałaby zmianę pędu (gdzie pęd jest iloczynem masy i prędkości). Zgodnie z zasadą pędu, ta zmiana pędu wymaga siły – i to właśnie ta siła przeciwdziała sile grawitacji, aby samochód latał.

Oczywiście nie można zawisnąć za darmo. Rzucanie tego powietrza do produkcji dźwigu wymaga energii. Aby najechać kursorem, musisz co sekundę zużywać energię. Energia trafia do energii kinetycznej powietrza, która zależy zarówno od masy, jak i od prędkości powietrza. Ponieważ samochód nadal wyrzuca powietrze, naprawdę chcielibyśmy spojrzeć na moc (w Watts) potrzebną do zawisu.

Tutaj pojawia się rozmiar wirników. Jeśli masz naprawdę duże wirniki, możesz "rzucić" trochę powietrza. Oznacza to, że masa powietrza jest naprawdę wysoka, więc nie trzeba go spychać z tak dużą prędkością, aby uzyskać siłę wystarczającą do zawisu. Inną opcją jest posiadanie mniejszych wirników z mniejszym masowym powietrzem, ale poruszających się w dół ze znacznie większą prędkością. Ale szybsze powietrze ma konsekwencje. Okazuje się, że moc potrzebna do przyspieszenia powietrza zależy od prędkości powietrza podniesionej do trzeciej mocy. To dlatego śmigłowiec napędzany ludzką ręką (tak, to prawda) ma takie gigantyczne wirniki.

Ostatecznie, moc do zawisu można wyrazić jako następującą formułę (opartą na fundamentalnych zasadach).

Dla jasności symbol ρ reprezentuje gęstość powietrza (około 1,2 kilograma na metr sześcienny), a A jest całkowitym przekrojem wirników (lub dżetów lub czegoś podobnego). Sądzę, że jesteśmy gotowi oszacować moc potrzebną do tego unoszącego się Tesli. Być może najpierw powinniśmy przybliżyć niektóre wartości. Jeśli nie podoba mi się moje oszacowanie, dostaniesz szansę, by złożyć własne konto poniżej.

  • Masa samochodu = 1800 kg (w oparciu o model 3).
  • Obszar wirnika = 4 * π * (0,254)2 = 0,81 metra kwadratowego (w oparciu o średnicę obręczy 20 cali).

Naprawdę, to są jedyne dwa szacunki. Teraz do obliczeń. Pierwszą rzeczą, którą muszę zrobić, to wykorzystać masę samochodu i rozmiar wirnika, aby obliczyć prędkość powietrza wydobywającego się z opon. Potem mogę wykorzystać prędkość powietrza do obliczenia mocy.

Ponieważ Python tworzy niesamowity kalkulator, zamierzam to zrobić za pomocą kodu (a następnie możesz samodzielnie zmienić wartości rzeczy). Po prostu kliknij "graj", aby uruchomić kod i "ołówek", aby go edytować.

Dla jasności, to 1,7 megawata, czyli nieco mniej niż jigawaty 1.21 (tak, to naprawdę gigawaty) wymagane do cofnięcia samochodu w czasie.

Tak więc, jeśli samochód zużywa tak dużo mocy na zawisnięcie, to jak długo może pozostać z ziemi? Według Wikipedii największy akumulator Model 3 to 75 kWh (kilowatogodziny). Być może lepiej byłoby napisać to jako 0,075 megawatogodziny. Tak więc, jeśli zawisanie ma 1,7 MW, może lecieć przez 0,044 godziny lub 2,64 minuty. To nie jest zbyt długo. Ale może to wystarczająco dużo czasu na podróżowanie w czasie.


Więcej wspaniałych opowiadań WIRED