Flying Tesla? Žinoma! Apskaičiuojame galios reikalavimus


Elon Musk nebijo žaisti Twitter. Pastaruoju metu „Musk“ pasiūlė, kad „Tesla“ ateityje atrodytų kaip skraidantis automobilis Atgal į ateitį.

Ha ha. Juokingi. Bet ar tai tikrai galėtų veikti? Ką reikštų, kad skristi Tesla, kuri nuo važiavimo į plaukiojimo režimą paverčia varikliu, išeina iš ratų? Laikas kai kurioms fizikoms.

Galiu galvoti apie keletą galimybių gauti skraidančią Telsa nuo žemės. Pirmasis metodas būtų raketinis variklis. Tai atrodo, ką Elon nori naudoti (natūralus pasirinkimas dėl ryšio su SpaceX). Tiesą sakant, atrodo, kad jis net juokauja.

Aš nesu raketų ekspertas, bet atrodo, kad jums reikės toliau pildyti raketas. Tai būtų gražus triukas, bet ne kasdieniam naudojimui.

Tačiau yra dar vienas būdas padaryti automobilį skristi – tam tikro tipo oro sraigtas. Nesvarbu, ar naudojate tam tikro tipo reaktyvinį variklį ar rotorių, fizika dažniausiai yra tokia pati. Norint užvažiuoti, skraidantis automobilis nuvažiuos orą iš automobilio viršaus ir „mesti“ jį žemyn. Kadangi oras turi masę, šio oro greičio pasikeitimas reikštų, kad jis pasikeistų (kai impulsas yra masės ir greičio produktas). Pagal pagreitėjimo principą šiam pagreities pokyčiui reikia jėgos, ir būtent ši jėga kovoja su gravitacine jėga, kad automobilis skristų.

Žinoma, jūs negalite laisvai judėti. Šiam orui mesti, kad būtų galima gaminti keltuvą, reikia energijos. Norint užvažiuoti, reikia kas sekundę naudoti energiją. Energija patenka į oro kinetinę energiją, kuri priklauso nuo oro masės ir greičio. Kadangi automobilis ir toliau išmeta orą, mes tikrai norėtume pažvelgti į galingumą (vatais), reikalingą užvažiavimui.

Čia pateikiamas rotorių dydis. Jei turite tikrai didelių rotorių, galite „mesti“ oro srautą. Tai reiškia, kad oro masė yra labai didelė, taigi jums nereikės stumti tokio didelio greičio, kad galėtumėte gauti pakankamai didelę jėgą, kad pakeltumėte. Kita galimybė – turėti mažesnius rotorius su mažesniu masės oru, tačiau judant žemyn greičiau. Bet greitesnis oras turi pasekmių. Pasirodo, kad galia, reikalinga norint pagreitinti orą, priklauso nuo oro greičio, padidinto iki trečios galios. Štai kodėl žmogiškojo sraigtasparnio (taip, tai yra tikras) yra tokių milžiniškų rotorių.

Galų gale, galia pakelti gali būti išreikšta kaip ši formulė (pagrįsta pagrindiniais principais).

Kad būtų aišku, ρ simbolis reiškia oro tankį (apie 1,2 kg / kub. Metras) ir A yra bendras rotorių (arba purkštukų ar bet kokio) skerspjūvio plotas. Manau, mes esame pasiruošę įvertinti galios, reikalingos šiam slankiojančiam Tesla. Galbūt pirmiausia turėtume suderinti kai kurias vertes. Jei jums nepatinka mano įverčiai, jūs galėsite patys susikurti žemiau.

  • Automobilio masė = 1800 kg (pagal 3 modelį).
  • Rotoriaus plotas = 4 * π * (0,244)2 = 0,81 kvadratinių metrų (remiantis 20 colių ratlankio skersmeniu).

Tikrai tai yra tik du įvertinimai. Dabar skaičiavimui. Pirmas dalykas, kurį turiu padaryti, yra naudoti automobilio masę ir rotoriaus dydį, kad apskaičiuotumėte oro padavimo greičio. Po to galiu apskaičiuoti galią oro greičiu.

Kadangi python daro nuostabų skaičiuoklę, tai darau su kodu (ir tada jūs galite keisti dalykų vertes). Tiesiog spustelėkite „žaisti“, jei norite paleisti kodą ir „pieštuką“ jį redaguoti.

Tiesiog būti aišku, tai yra 1,7 megavatai, o tai yra šiek tiek mažiau nei 1,21 jigawatts (taip, tai tikrai gigawatts), reikalingas automobilio kelionei atgal.

Taigi, jei automobilis naudoja šią didelę galią, kad galėtum pakelti, kaip ilgai jis gali likti nuo žemės? Pasak „Wikipedia“, didžiausia 3 modelio baterija yra 75 kWh (kilovatvalandės). Galbūt tai būtų geriau rašyti kaip 0,075 megavatų valandų. Taigi, jei svyravimas užima 1,7 MW, tai galėtų skristi 0,044 valandomis arba 2,64 minutėmis. Tai nėra labai ilgas. Bet galbūt pakankamai laiko skristi, kad galėtumėte keliauti atgal.


Daugiau puikių WIRED istorijų