เทสลาบิน? แน่นอน! เราคำนวณความต้องการพลังงาน


Elon Musk ไม่กลัวที่จะเล่นบน Twitter ในทวีตล่าสุด Musk แนะนำว่าเทสลาในอนาคตจะมีลักษณะเหมือนรถบินจาก กลับไปสู่อนาคต.

ฮ่า. ตลก. แต่มันสามารถใช้งานได้จริงหรือ สิ่งที่ต้องทำเพื่อให้เทสลาที่บินได้เปลี่ยนจากการขับขี่ไปเป็นโหมดการบินพร้อมกับแรงขับที่ออกมาจากล้อ เวลาสำหรับฟิสิกส์บางอย่าง

ฉันนึกถึงตัวเลือกสองสามอย่างในการทำให้ Telsa บินขึ้นจากพื้น วิธีแรกจะเป็นการขับเคลื่อนจรวด นี่น่าจะเป็นสิ่งที่ Elon ต้องการใช้ (เป็นทางเลือกที่เป็นธรรมชาติเนื่องจากการเชื่อมต่อกับ SpaceX) ในความเป็นจริงดูเหมือนว่าเขาไม่ได้ล้อเล่น

ฉันไม่ใช่ผู้เชี่ยวชาญด้านจรวด แต่ดูเหมือนว่าคุณจะต้องเติมเชื้อเพลิงอย่างต่อเนื่อง มันจะเป็นการแสดงความสามารถที่ดี แต่ไม่ใช่สำหรับการใช้งานในชีวิตประจำวัน

อย่างไรก็ตามมีวิธีอื่นในการทำให้รถยนต์บินได้ – ทรัสเตอร์อากาศบางประเภท มันไม่สำคัญว่าคุณจะใช้เครื่องยนต์เจ็ทหรือโรเตอร์แบบไหนฟิสิกส์ส่วนใหญ่ก็เหมือนกัน ในการโฮเวอร์รถที่บินจะรับอากาศจากด้านบนของรถและ "โยน" ลง เนื่องจากอากาศมีมวลการเปลี่ยนแปลงความเร็วของอากาศนี้จะหมายถึงการเปลี่ยนแปลงของโมเมนตัม (ซึ่งโมเมนตัมเป็นผลคูณของมวลและความเร็ว) ตามหลักการของโมเมนตัมการเปลี่ยนแปลงของโมเมนตัมนี้จำเป็นต้องใช้กำลังและเป็นพลังที่ต่อต้านแรงโน้มถ่วงเพื่อให้รถบิน

แน่นอนคุณไม่สามารถโฮเวอร์ได้ฟรี การโยนอากาศนี้ลงเพื่อผลิตลิฟต์ต้องใช้พลังงาน ในการโฮเวอร์คุณต้องใช้พลังงานทุกวินาที พลังงานจะเป็นพลังงานจลน์ของอากาศซึ่งขึ้นอยู่กับมวลและความเร็วของอากาศ เนื่องจากรถยังคงทิ้งอากาศลงเราจึงต้องการดูพลัง (ในวัตต์) ที่จำเป็นในการเลื่อนเมาส์

นี่คือที่ที่ขนาดของใบพัดเข้ามาเล่น หากคุณมีใบพัดขนาดใหญ่มากคุณสามารถ "โยน" ลงไปในอากาศ นั่นหมายความว่ามวลของอากาศนั้นสูงมากดังนั้นคุณไม่จำเป็นต้องกดมันลงด้วยความเร็วที่มากเช่นนั้นเพื่อที่จะได้แรงที่มากพอที่จะเลื่อนได้ ตัวเลือกอื่นคือมีใบพัดขนาดเล็กที่มีมวลอากาศต่ำ แต่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่เร็วกว่ามาก แต่อากาศที่เร็วกว่าจะส่งผล ปรากฎว่าพลังงานที่ต้องใช้ในการเร่งความเร็วของอากาศขึ้นอยู่กับความเร็วของอากาศที่ยกกำลังเป็นสาม นี่คือเหตุผลว่าทำไมเฮลิคอปเตอร์ที่ขับเคลื่อนโดยมนุษย์ (ใช่นี่คือของจริง) มีใบพัดขนาดยักษ์

ในท้ายที่สุดอำนาจที่จะโฮเวอร์สามารถแสดงเป็นสูตรต่อไปนี้ (ตามหลักการพื้นฐาน)

เพื่อให้ชัดเจนสัญลักษณ์ represents แสดงถึงความหนาแน่นของอากาศ (ประมาณ 1.2 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร) และ A คือพื้นที่ตัดขวางทั้งหมดของใบพัด (หรือเจ็ตส์หรืออะไรก็ตาม) ฉันเดาว่าเราพร้อมที่จะทำการประเมินพลังที่จำเป็นสำหรับ Tesla ที่มีโฉบนี้ บางทีเราควรประมาณค่าบางค่าก่อน หากคุณไม่ชอบประมาณการของฉันคุณจะได้รับโอกาสทำของคุณเองด้านล่าง

  • น้ำหนักของรถยนต์ = 1800 กก. (ขึ้นอยู่กับรุ่น 3)
  • พื้นที่โรเตอร์ = 4 * π * (0.254)2 = 0.81 ตารางเมตร (ขึ้นอยู่กับเส้นผ่านศูนย์กลางขอบ 20 นิ้ว)

จริง ๆ นี่เป็นเพียงการประมาณการสองข้อเท่านั้น ตอนนี้สำหรับการคำนวณ สิ่งแรกที่ฉันต้องทำคือใช้มวลของรถยนต์และขนาดโรเตอร์เพื่อคำนวณความเร็วของอากาศที่ออกมาจากสิ่งที่เป็นยาง หลังจากนั้นฉันสามารถใช้ความเร็วลมเพื่อคำนวณพลังงาน

เนื่องจากไพ ธ อนสร้างเครื่องคิดเลขที่ยอดเยี่ยมฉันจะทำสิ่งนี้ด้วยรหัส (จากนั้นคุณสามารถเปลี่ยนค่าของสิ่งของได้) เพียงคลิก "เล่น" เพื่อเรียกใช้รหัสและ "ดินสอ" เพื่อแก้ไข

เพียงเพื่อให้ชัดเจนนั่นคือ 1.7 เมกะวัตต์ซึ่งค่อนข้างน้อยกว่า 1.21 jigawatts (ใช่มันเป็น gigawatts จริง ๆ ) ที่จำเป็นในการทำให้รถเดินทางย้อนเวลากลับไป

ดังนั้นถ้ารถใช้พลังมากขนาดนี้เพื่อเลื่อนเมื่อไหร่มันจะอยู่ได้นานแค่ไหน? ตามวิกิพีเดียแบตเตอรี่รุ่น 3 ที่ใหญ่ที่สุดคือ 75 kWh (กิโลวัตต์ – ชั่วโมง) อาจจะดีกว่าถ้าเขียนนี่เป็น 0.075 เมกะวัตต์ – ชั่วโมง ดังนั้นหากโฮเวอร์ที่ใช้เวลา 1.7 เมกะวัตต์ก็สามารถบินได้เป็นเวลา 0.044 ชั่วโมงหรือ 2.64 นาที นั่นไม่นานมาก แต่นั่นอาจจะเพียงพอสำหรับการบินย้อนเวลากลับไป


เรื่องราวยิ่งใหญ่มากขึ้น WIRED