Летающий Тесла? Конечно! Мы рассчитываем требования к мощности


Элон Маск не боится поиграть в твиттере. В недавнем твите Маск предположил, что будущий Тесла будет выглядеть как летающая машина из Назад в будущее,

Ха ха Смешной. Но может ли это действительно работать? Что нужно сделать, чтобы летающий Тесла перешел из режима движения в режим полета с тягой, исходящей от колес? Время для некоторой физики.

Я могу придумать пару вариантов для того, чтобы поднять Telsa с земли. Первым методом будет ракетный двигатель. Кажется, именно это и хочет использовать Elon (естественный выбор из-за связи с SpaceX). На самом деле, похоже, он даже не шутит.

Я не эксперт по ракетам, но, похоже, вам придется продолжать заправлять ракеты. Это был бы хороший трюк, но не для повседневного использования.

Однако есть и другой способ заставить автомобиль летать – некий тип воздушного двигателя. Неважно, используете ли вы какой-нибудь реактивный двигатель или ротор, физика в основном такая же. Для того, чтобы зависнуть, летающий автомобиль будет забирать воздух сверху и «сбрасывать» его вниз. Поскольку у воздуха есть масса, изменение скорости этого воздуха будет означать, что у него есть изменение импульса (где импульс – произведение массы и скорости). Согласно принципу импульса, это изменение импульса требует силы – и именно эта сила противодействует гравитационной силе, чтобы заставить машину лететь.

Конечно, вы не можете парить бесплатно. Сброс этого воздуха для подъема требует энергии. Для того, чтобы парить, вы должны продолжать использовать энергию каждую секунду. Энергия переходит в кинетическую энергию воздуха, которая зависит как от массы, так и от скорости воздуха. Поскольку машина продолжает сбрасывать воздух, нам бы очень хотелось взглянуть на мощность (в ваттах), необходимую для зависания.

Вот где размер роторов вступает в игру. Если у вас действительно большие роторы, вы можете «выбросить» кучу воздуха. Это означает, что масса воздуха действительно велика, поэтому вам не нужно толкать его с такой большой скоростью, чтобы получить достаточно большую силу, чтобы парить. Другой вариант состоит в том, чтобы иметь меньшие роторы с меньшей массой воздуха, но движущиеся вниз с гораздо большей скоростью. Но более быстрый воздух имеет следствие. Оказывается, что мощность, необходимая для ускорения воздуха, зависит от скорости воздуха, поднятой до третьей мощности. Вот почему у вертолета, работающего на людях (да, это реально), есть такие гигантские винты.

В конце концов, сила зависания может быть выражена в виде следующей формулы (основанной на фундаментальных принципах).

Просто чтобы прояснить, символ ρ представляет плотность воздуха (около 1,2 килограмма на кубический метр), а A – общую площадь поперечного сечения роторов (или струй или чего-либо еще). Я предполагаю, что мы готовы оценить мощность, необходимую для этого зависания Теслы. Возможно, нам следует сначала приблизить некоторые значения. Если вам не нравятся мои оценки, вы получите шанс сделать свои собственные ниже.

  • Масса авто = 1800 кг (по модели 3).
  • Площадь ротора = 4 * π * (0,254)2 = 0,81 кв. М (при диаметре обода 20 дюймов).

Действительно, это единственные две оценки. Теперь для расчета. Первое, что мне нужно сделать, это использовать массу автомобиля и размер ротора, чтобы рассчитать скорость воздуха, выходящего из шин. После этого я могу использовать скорость воздуха для расчета мощности.

Поскольку python делает отличный калькулятор, я собираюсь сделать это с помощью кода (а затем вы можете сами изменять значения вещи). Просто нажмите «играть», чтобы запустить код и «карандаш», чтобы редактировать его.

Просто чтобы быть понятным, это 1,7 мегаватт, что немного меньше, чем 1,21 джигаватт (да, это действительно гигаватт), требуемый, чтобы совершить путешествие во времени.

Итак, если автомобиль использует столько энергии, чтобы зависать, то как долго он может оставаться на земле? Согласно Википедии, самая большая батарея модели 3 составляет 75 кВтч (киловатт-часов). Возможно, было бы лучше написать это как 0,075 мегаватт-часов. Таким образом, если зависание занимает 1,7 МВт, оно может летать в течение 0,044 часа или 2,64 минуты. Это не очень долго. Но, может быть, этого достаточно, чтобы лететь в прошлое.


Больше великих проводных историй