Tesla Terbang? Pasti! Kami Mengira Keperluan Kuasa


Elon Musk tidak takut bermain-main di Twitter. Dalam tweet baru-baru ini, Musk mencadangkan bahawa Tesla masa depan akan kelihatan seperti kereta terbang dari Kembali ke masa depan.

Ha ha. Lucu. Tetapi bolehkah ia berfungsi? Apa yang diperlukan untuk membuat Tesla terbang yang menukar dari memandu ke mod terbang dengan tujah yang keluar dari roda? Masa untuk beberapa fizik.

Saya boleh memikirkan beberapa pilihan untuk mendapatkan Telsa terbang dari tanah. Kaedah pertama adalah penggerak roket. Ini kelihatan seperti apa yang ingin digunakan oleh Elon (pilihan semulajadi kerana hubungan dengan SpaceX). Sebenarnya, nampaknya dia tidak bergurau.

Saya bukan seorang pakar roket, tetapi sepertinya anda perlu terus mengisi semula roket. Ia akan menjadi aksi yang bagus, tetapi bukan untuk penggunaan sehari-hari.

Walau bagaimanapun, terdapat satu lagi cara untuk membuat sebuah kereta terbang-sesetengah jenis pemburu udara. Tidak kira jika anda menggunakan beberapa jenis enjin jet atau rotor, fizik adalah sama. Untuk berlegar, kereta terbang akan mengambil udara dari atas kereta dan "melemparkan" ke bawah. Oleh kerana udara mempunyai massa, perubahan halaju udara ini bermakna ia mempunyai perubahan momentum (di mana momentum adalah hasil daripada massa dan halaju). Menurut prinsip momentum, perubahan dalam momentum ini memerlukan kekuatan-dan ia adalah gaya ini yang melawan daya graviti untuk membuat kereta terbang.

Sudah tentu, anda tidak boleh hover secara percuma. Melemparkan udara ini untuk mengeluarkan tenaga memerlukan tenaga. Untuk melayang, anda perlu menggunakan tenaga setiap saat. Tenaga memasuki tenaga kinetik udara yang bergantung kepada kedua-dua jisim dan halaju udara. Oleh kerana kereta terus membuang udara, kami benar-benar ingin melihat kuasa (dalam Watts) yang diperlukan untuk melayang.

Di sinilah saiz rotor berlaku. Jika anda mempunyai rotor yang benar-benar besar, anda boleh "membuang" sekelompok udara. Ini bererti jisim udara sangat tinggi, jadi anda tidak perlu menolaknya dengan halaju yang besar untuk mendapatkan daya yang cukup besar untuk melayang. Pilihan lain adalah untuk mempunyai lebih kecil rotor dengan udara jisim yang lebih rendah tetapi bergerak turun pada kelajuan yang lebih cepat. Tetapi udara yang lebih cepat mempunyai akibat. Ternyata kuasa yang diperlukan untuk mempercepat udara bergantung kepada kelajuan udara yang dinaikkan kepada kuasa ketiga. Ini sebabnya helikopter berkuasa manusia (ya, ini sebenarnya) mempunyai rotor gergasi seperti itu.

Pada akhirnya, kuasa untuk melayang boleh dinyatakan sebagai formula berikut (berdasarkan prinsip asas).

Hanya untuk menjadi jelas, simbol ρ mewakili ketumpatan udara (sekitar 1.2 kilogram per meter padu) dan A adalah jumlah rentas keratan rentas (atau jet atau apa sahaja). Saya rasa kita sudah bersedia untuk membuat estimasi kuasa yang diperlukan untuk melayang Tesla ini. Mungkin kita harus menghampiri beberapa nilai terlebih dahulu. Jika anda tidak menyukai anggaran saya, anda akan mendapat peluang untuk membuat anda sendiri di bawah.

  • Massa kereta = 1800 kg (berdasarkan Model 3).
  • Kawasan pemutar = 4 * π * (0.254)2 = 0.81 meter persegi (berdasarkan diameter 20 inci).

Benar-benar, mereka adalah dua anggaran sahaja. Kini untuk pengiraan. Perkara pertama yang perlu saya lakukan ialah menggunakan jisim kereta dan saiz pemutar untuk mengira kelajuan udara yang keluar dari benda tayar. Selepas itu, saya boleh menggunakan kelajuan udara untuk mengira kuasa.

Oleh kerana python membuat kalkulator hebat, saya akan melakukan ini dengan kod (dan kemudian anda boleh menukar nilai barangan anda sendiri). Cukup klik "main" untuk menjalankan kod dan "pensel" untuk mengeditnya.

Hanya untuk menjadi jelas, iaitu 1.7 megawatt, yang agak kurang daripada 1.21 jigawatt (ya, ia benar-benar gigawatt) yang diperlukan untuk membuat perjalanan kereta kembali dalam masa.

Oleh itu, jika kereta menggunakan kuasa ini untuk berlegar maka berapa lama ia boleh berhenti dari tanah? Menurut Wikipedia, bateri Model 3 terbesar adalah 75 kWh (kilowatt-jam). Mungkin lebih baik menulis ini sebagai 0.075 megawatt-jam. Jadi, jika berlegar mengambil 1.7 MW maka boleh terbang untuk 0.044 jam atau 2.64 minit. Itu tidak terlalu lama. Tetapi mungkin itu masa terbang yang cukup untuk perjalanan kembali ke masa.


Lebih Banyak KERETAIAN WIRED