Uçan Tesla? Emin! Güç Taleplerini Hesaplıyoruz


Elon Musk, Twitter'da oynamaktan korkmuyor. Son tweet'lerde Musk, gelecekteki Tesla'nın uçan arabaya benzeyeceğini ileri sürdü. Geleceğe Dönüş.

Ha ha. Komik. Ama gerçekten işe yarayabilir mi? Tekerleklerden çıkan itme ile sürüşten uçma moduna dönüşen uçan bir Tesla yapmak için ne gerekir? Bazı fizik zamanı.

Yerden uçan bir Telsa almak için birkaç seçenek düşünebilirim. İlk yöntem roket itici gücü olacaktır. Bu, Elon'un kullanmak istediği şey gibi görünüyor (SpaceX ile olan bağlantısından dolayı doğal bir seçim). Aslında şaka yapmıyor bile.

Roket uzmanı değilim, ancak roketlere yakıt ikmali yapmaya devam etmeniz gerekecek gibi görünüyor. Güzel bir dublör olur, ancak günlük kullanım için değil.

Bununla birlikte, bir arabaya uçmanın başka bir yolu var – bir tür hava pervanesi. Bir tür jet motoru veya rotor kullanmanız farketmez, fizik çoğunlukla aynıdır. Uçmak için, uçan araba arabanın yukarısından hava alır ve aşağıya atar. Hava kütleye sahip olduğu için, bu havanın hızındaki bir değişiklik, momentumda bir değişim olduğu anlamına gelir (momentum kütle ve hızın ürünüdür). Momentum prensibine göre, momentumdaki bu değişiklik bir güç gerektirir – ve otomobilin uçmasını sağlamak için yerçekimi kuvvetini önleyen bu kuvvettir.

Tabii ki, bedavaya varamazsın. Asansör üretmek için bu havayı düşürmek enerji gerektirir. Gitmek için, her saniye enerjiyi kullanmaya devam etmeniz gerekir. Enerji, hem kütle hem de havanın hızına bağlı olan havanın kinetik enerjisine girer. Araba havaya atmaya devam ettiğinden, gerçekten gitmek için gereken güce (Watt cinsinden) bakmak istiyoruz.

İşte rotorların büyüklüğü devreye giriyor. Eğer gerçekten büyük rotorlarınız varsa, bir avuç havayı "atabilirsiniz". Bu, havanın kütlesinin gerçekten yüksek olduğu anlamına gelir; bu nedenle, asılı kalacak kadar büyük bir kuvvet elde etmek için onu bu kadar büyük bir hızda aşağıya itmeniz gerekmez. Diğer seçenek ise, daha düşük kütle havasına sahip daha küçük rotorlara sahip olmak, ancak çok daha hızlı bir hızla aşağıya doğru hareket etmektir. Ancak daha hızlı havanın bir sonucu vardır. Havayı hızlandırmak için gereken gücün, üçüncü güce yükseltilen hava hızına bağlı olduğu ortaya çıktı. Bu yüzden insan kaynaklı bir helikopterde (evet, bu gerçektir) devasa rotorlara sahiptir.

Sonunda, asılı kalma gücü (temel ilkelere dayanarak) aşağıdaki formül olarak ifade edilebilir.

Daha açık olmak gerekirse, ρ sembolü havanın yoğunluğunu (metreküp başına yaklaşık 1,2 kilogram) ve A rotorların (veya jetlerin veya her neyse) toplam kesit alanını temsil eder. Sanırım bu uçan Tesla için gereken gücü tahmin etmeye hazırız. Belki de önce bazı değerleri tahmin etmeliyiz. Tahminlerimi beğenmezseniz, aşağıdan kendi seçiminizi yapma şansınız olur.

  • Otomobilin kütlesi = 1800 kg (Model 3'e göre).
  • Rotor alanı = 4 * π * (0,254)2 = 0.81 metrekare (20 inç jant çapına göre).

Gerçekten, bunlar sadece iki tahmin. Şimdi hesaplama için. Yapmam gereken ilk şey, lastik parçalarından çıkan havanın hızını hesaplamak için otomobilin kütlesini ve rotor boyutunu kullanmak. Ondan sonra gücü hesaplamak için hava hızını kullanabilirim.

Python harika bir hesap makinesi oluşturduğundan, bunu kodla yapacağım (ve sonra kendiniz öğelerin değerlerini değiştirebilirsiniz). Sadece kodu çalıştırmak için "oynat" ı ve düzenlemek için "kalem" i tıklayın.

Daha açık olmak gerekirse, 1.7 megawatt, yani bir araba zamanda zamanda yolculuk yapmak için gereken 1.21 jigawatttan (evet, gerçekten gigawatt) biraz daha az.

Öyleyse, eğer araba gezdirmek için bu kadar güç kullanırsa, o zaman yerden ne kadar süre kalabilir? Wikipedia'ya göre, en büyük Model 3 batarya 75 kWh (kilovat saat). Belki de bunu 0,075 megawatt-hour olarak yazmak daha iyi olur. Bu yüzden, eğer asılı durma 1.7 MW alırsa, o zaman 0.044 saat veya 2.64 dakika uçabilir. Bu çok uzun değil. Ama belki zamanda geriye yolculuk etmek için yeterli zaman budur.


Daha Büyük KABLOLU Öyküler