Політ Тесла? Звичайно! Ми обчислюємо вимоги до потужності


Елон Маск не боїться пограти в Twitter. У нещодавньому tweet, Musk запропонував що майбутнє Tesla би виглядало, як летячий автомобіль Назад у майбутнє.

Ха-ха. Смішно. Але чи може він дійсно працювати? Що би це взяло зробити летячий Tesla що перетворює з ведення до летячого режиму з тягою витікаючою з колес? Час для фізики.

Я можу придумати пари варіантів для отримання літаючих Telsa від землі. Першим методом буде ракетний рушій. Це, здається, те, що Елон хоче використовувати (природний вибір через зв'язок з SpaceX). Насправді, здається, він навіть не жартує.

Я не ракетний експерт, але, схоже, вам доведеться продовжувати заправляти ракети. Було б гарним трюком, але не для повсякденного використання.

Але, є інший шлях зробити автомобіль fly-деякий тип повітря поштовх. Не має значення, якщо ви використовуєте якийсь реактивний двигун або ротор, то фізика в основному однакова. Для того, щоб витащувати, літаючий автомобіль візьме повітря згори автомобіля і "кине" його вниз. Оскільки повітря має масу, зміна швидкості цього повітря означатиме зміну імпульсу (де імпульс є продуктом маси і швидкості). Згідно з імпульсним принципом, ця зміна імпульсу вимагає сили, і саме ця сила протидіє силі тяжіння, щоб змусити автомобіль літати.

Звичайно, ви не можете парити безкоштовно. Викидання цього повітря під дію ліфта вимагає енергії. Для того, щоб навести курсор, потрібно продовжувати використовувати енергію кожну секунду. Енергія йде в кінетичну енергію повітря, яка залежить від маси і швидкості повітря. З автомобіля продовжується кинути повітря вниз, ми дійсно би хотіли подивитися на потужність (у Watts) потребували hover.

Ось де розміри роторів приходять в гру. Якщо у вас дійсно великі ротори, ви можете "кинути" вниз повітря. Це означає, що маса повітря дійсно висока, так що вам не доведеться підштовхувати його з такою великою швидкістю, щоб отримати силу, достатню для наведення. Інший варіант полягає в тому, щоб мати менші ротори з меншою масою повітря, але рухаючись набагато швидше. Але швидше повітря має наслідком. Виявляється, потужність, необхідна для прискорення руху повітря, залежить від швидкості повітря, піднятої до третьої потужності. Саме тому вертоліт (так, це реально) має такі гігантські ротори.

Зрештою, влада наведення може бути виражена як наступна формула (на основі фундаментальних принципів).

Щоб бути зрозумілим, символ ρ являє собою щільність повітря (близько 1,2 кг на кубічний метр), а А – загальна площа поперечного перерізу роторів (або струменів або будь-якого іншого). Думаю, ми готові зробити оцінку потужності, необхідної для цього висячого Тесла. Можливо, ми повинні спочатку наблизити деякі значення. Якщо вам не подобаються мої оцінки, ви отримаєте можливість самостійно опуститися нижче.

  • Маса автомобіля = 1800 кг (на основі моделі 3).
  • Площа ротора = 4 * π * (0,254)2 = 0,81 кв. М (на основі діаметру обода 20 дюймів).

Дійсно, це єдині дві оцінки. Тепер для розрахунку. Перше, що мені потрібно зробити, це використовувати масу автомобіля і розмір ротора, щоб обчислити швидкість повітря, що виходить з шинних речей. Після цього я можу використовувати швидкість повітря для розрахунку потужності.

З Python робить дивовижний калькулятор, я збираюся зробити це з кодом (і тоді ви можете змінити значення речі себе). Просто натисніть "грати", щоб запустити код і "олівець", щоб змінити його.

Тільки щоб бути ясний, що є 1.7 megawatts, котрий є повністю трохи менше, ніж 1.21 jigawatts (так, це є дійсно gigawatts) необхідний щоб зробити автомобіль мандрують назад у часі.

Так, якщо автомобіль використовує це багато потужності hover тоді як довго це могло залишитися земля? Згідно з Вікіпедією, найбільша батарея моделі 3 становить 75 кВт-год (кіловат-годин). Можливо, краще було б написати це як 0,075 мегават-годин. Отже, якщо зависання займає 1,7 МВт, воно може літати 0,044 години або 2,64 хвилини. Це не дуже довго. Але, можливо, це достатньо часу для польоту назад у часі.


Більше великих WIRED Stories