En Flygende Tesla? Sikker! Vi beregner kraftkravene


Elon Musk er ikke redd for å spille rundt på Twitter. I en nylig tweet foreslo Musk at en fremtidig Tesla ville se ut som den flygende bilen fra Tilbake til fremtiden.

Ha ha. Morsom. Men kan det virkelig fungere? Hva ville det ta å lage en flygende Tesla som konverterer fra å kjøre til flygende modus med stikket som kommer ut av hjulene? Tid for litt fysikk.

Jeg kan tenke på et par alternativer for å få en flygende Telsa fra bakken. Den første metoden vil være rakettfremdrift. Dette synes å være hva Elon vil bruke (et naturlig valg på grunn av forbindelsen med SpaceX). Faktisk ser det ut til at han ikke engang sjokkerer.

Jeg er ikke en rakettekspert, men det virker som om du må fortsette å fylle på rakettene. Det ville være en fin stunt, men ikke for daglig bruk.

Imidlertid er det en annen måte å lage en bilflyt-en slags luftpropeller. Det spiller ingen rolle om du bruker en type jetmotor eller en rotor, fysikken er stort sett den samme. For å svinge, vil den flygende bilen ta luft over bilen og "kaste" den ned. Siden luften har masse, vil en hastighetsendring i denne luften bety at den har en forandring i momentum (hvor momentum er produktet av masse og hastighet). Ifølge momentumprinsippet krever denne forandringen i momentum en kraft – og det er denne kraften som motvirker gravitasjonskraften for å få bilen til å fly.

Selvfølgelig kan du ikke sveve gratis. Å kaste denne luften ned for å produsere løft krever energi. For å svinge, må du fortsette å bruke energi hvert sekund. Energien går inn i luftens kinetiske energi som avhenger av både massen og lufthastigheten. Siden bilen fortsetter å kaste luft ned, vil vi virkelig se på kraften (i Watts) som trengs for å svinge.

Her er hvor størrelsen på rotorene kommer til spill. Hvis du har veldig store rotorer, kan du "kaste" ned en masse luft. Dette betyr at massen av luften er veldig høy, så du trenger ikke å skyve den ned med så stor hastighet for å få en kraft som er stor nok til å svinge. Det andre alternativet er å ha mindre rotorer med lavere masse luft, men beveger seg ned med en mye raskere hastighet. Men raskere luft har en konsekvens. Det viser seg at kraften som kreves for å øke luften, avhenger av lufthastigheten opphøyd til den tredje kraften. Det er derfor et menneskedrevet helikopter (ja dette er ekte) har slike gigantiske rotorer.

Til slutt kan kraften til svinger uttrykkes som følgende formel (basert på grunnleggende prinsipper).

Bare for å være klar, representerer p-symbolet lufttettheten (rundt 1,2 kg per kubikkmeter), og A er det totale tverrsnittsarealet til rotorene (eller jets eller hva som helst). Jeg antar at vi er klare til å estimere kraften som kreves for denne svingende Tesla. Kanskje vi bør tilnærme noen verdier først. Hvis du ikke liker mine anslag, får du sjansen til å lage din egen ned nedenfor.

  • Masse av bil = 1800 kg (basert på modell 3).
  • Rotorareal = 4 * π * (0,254)2 = 0,81 kvadratmeter (basert på en diameter på 20 tommer).

Egentlig, det er de eneste to estimatene. Nå for beregningen. Det første jeg må gjøre er å bruke bilens masse og rotorstørrelsen for å beregne lufthastigheten som kommer ut av dekkets ting. Etter det kan jeg bruke lufthastigheten til å beregne strømmen.

Siden python gjør en kjempefun kalkulator, skal jeg gjøre dette med kode (og så kan du endre verdiene av ting selv). Bare klikk på "spill" for å kjøre koden og "blyant" for å redigere den.

Bare for å være klar, er det 1,7 megawatt, noe som er litt mindre enn 1.21 jigawattene (ja det er virkelig gigawatt) som kreves for å få en bilreise tilbake i tid.

Så, hvis bilen bruker så mye kraft til å svinge så hvor lenge kan det holde seg utenfor bakken? Ifølge Wikipedia er det største modell 3-batteriet 75 kWh (kilowatt-timer). Kanskje det ville være bedre å skrive dette som 0,075 megawatt-timer. Så, hvis svingingen tar 1,7 MW, kan den fly for 0,044 timer eller 2,64 minutter. Det er ikke veldig lenge. Men kanskje det er nok flyetid å reise tilbake i tid.


Flere flotte WIRED-historier