טסלה מעופפת? בטוח! אנו מחשבים את דרישות הכוח


אילון מוסק אינו חושש לשחק בטוויטר. ב ציוץ האחרונות, הציע Musk כי טסלה בעתיד ייראה כמו המכונית המעופפת מ בחזרה לעתיד.

חה חה. מצחיק. אבל האם זה באמת יכול לעבוד? מה ייקח לעשות טסלה מעופפים הממיר מ נהיגה למצב טיסה עם דחף יוצא של הגלגלים? הגיע הזמן לפיזיקה כלשהי.

אני יכול לחשוב על כמה אפשרויות לקבל טלסה מעופף מן הקרקע. השיטה הראשונה תהיה הנעה רקטית. זה נראה מה אלון רוצה להשתמש (בחירה טבעית בגלל הקשר עם SpaceX). למעשה, נראה שהוא אפילו לא צוחק.

אני לא מומחה טילים, אבל נראה כאילו היית צריך לשמור על תדלוק הרקטות. זה יהיה תרגיל נחמד, אבל לא לשימוש יומיומי.

עם זאת, יש דרך אחרת לעשות מכונית לעוף-איזה סוג של thruster אוויר. זה לא משנה אם אתה משתמש איזה סוג של מנוע סילון או רוטור, הפיסיקה היא בעיקר אותו. כדי לרחף, את המכונית המעופפת ייקח אוויר מעל המכונית ו "לזרוק" אותו. מאחר ולאוויר יש מסה, שינוי מהירות האוויר פירושו שיש בו מומנטום (כאשר המומנטום הוא תוצר של מסה ומהירות). על פי עקרון המומנטום, שינוי זה בתנע מחייב כוח – וזה כוח המנגן את כוח הכבידה כדי לעוף את המכונית.

כמובן, אתה לא יכול לרחף בחינם. לזרוק את האוויר למטה כדי לייצר להרים דורש אנרגיה. כדי לרחף, אתה צריך להמשיך להשתמש באנרגיה בכל שנייה. האנרגיה נכנסת לאנרגיה הקינטית של האוויר, אשר תלויה הן במסה והן במהירות האוויר. מאז המכונית ממשיכה לזרוק אוויר למטה, אנחנו באמת רוצים להסתכל על הכוח (ב ווטס) צורך לרחף.

כאן הוא המקום שבו גודל הרוטורים נכנס לפעולה. אם יש לך באמת רוטורים גדולים, אתה יכול "לזרוק" למטה חבורה של אוויר. משמעות הדבר היא כי המסה של האוויר הוא גבוה באמת, אז אתה לא צריך לדחוף את זה במהירות כזאת גדולה כדי לקבל כוח גדול מספיק כדי לרחף. האפשרות האחרת היא לקבל רוטורים קטנים עם אוויר המונית נמוך אבל נעים במהירות הרבה יותר מהר. אבל לאוויר מהיר יותר יש תוצאה. מתברר כי הכוח הנדרש כדי להאיץ את האוויר תלוי מהירות האוויר הרים את הכוח השלישי. זו הסיבה מסוק המופעל על ידי אדם (כן, זה אמיתי) יש רוטורים ענקיים כאלה.

בסופו של דבר, את הכוח לרחף ניתן לבטא את הנוסחה הבאה (על בסיס עקרונות היסוד).

רק כדי להבהיר, סמל ρ מייצג את צפיפות האוויר (סביב 1.2 ק"ג למטר מעוקב) ו- A הוא שטח החתך הכולל של הרוטורים (או מטוסי קרב או כל דבר אחר). אני מניח שאנחנו מוכנים לעשות הערכה של הכוח הנדרש עבור זה טסלה מרחף. אולי אנחנו צריכים לשער כמה ערכים הראשון. אם אתה לא אוהב את ההערכות שלי, תקבל הזדמנות להפוך את עצמו למטה.

  • מסה של מכונית = 1800 ק"ג (על פי המודל 3).
  • אזור רוטור = 4 * π * (0.254)2 = 0.81 מטר מרובע (מבוסס על 20 ס"מ קוטר שפת).

באמת, אלה הן שתי הערכות בלבד. עכשיו לחישוב. הדבר הראשון שאני צריך לעשות הוא להשתמש במסה של המכונית ואת גודל הרוטור כדי לחשב את מהירות האוויר יוצא של הצמיג דברים. לאחר מכן, אני יכול להשתמש במהירות האוויר כדי לחשב את הכוח.

מאז python עושה מחשבון מדהים, אני הולך לעשות את זה עם קוד (ואז אתה יכול לשנות את הערכים של דברים עצמך). פשוט לחץ על "הפעל" כדי להפעיל את הקוד ואת "עיפרון" כדי לערוך אותו.

רק כדי להיות ברור, כי הוא 1.7 מגה וואט, וזה די הרבה פחות מ 1.21 jigawatts (כן, זה באמת gigawatts) נדרש לעשות נסיעה ברכב אחורה בזמן.

אז, אם המכונית משתמשת הרבה כוח כדי לרחף אז כמה זמן זה יכול להישאר מחוץ לקרקע? לפי ויקיפדיה, הסוללה הגדולה ביותר של דגם 3 היא 75 קילוואט (קילוואט-שעה). אולי עדיף לכתוב את זה בתור 0.075 מגוואט שעות. אז, אם hovering לוקח 1.7 MW אז זה יכול לטוס 0.044 שעות או 2.64 דקות. זה לא הרבה זמן. אבל אולי זה מספיק זמן טיסה כדי לחזור אחורה בזמן.


עוד סיפורים גדולים