Chiếc Tesla Bay? Dĩ Nhiên! Chúng Tôi Tính Toán Nhu Cầu Năng Lượng

Elon Musk không ngần ngại đùa giỡn trên Twitter. Trong một tweet gần đây, Musk gợi ý rằng chiếc Tesla trong tương lai sẽ trông giống như chiếc ô tô bay từ Quay Trở Lại Tương Lai.

Ha ha. Vui quá. Nhưng liệu nó có thực sự hoạt động được không? Cần phải làm gì để tạo ra một chiếc Tesla bay có thể chuyển từ chế độ lái sang chế độ bay với lực đẩy đến từ bánh xe? Đến lúc thăm thú vật lý.

Có một vài phương án để đưa một chiếc Tesla bay lên không. Phương pháp đầu tiên có thể sử dụng động cơ tên lửa. Điều này dường như là điều Elon muốn sử dụng (một lựa chọn tự nhiên với liên kết với SpaceX). Trong thực tế, có vẻ như anh ấy không đùa đâu.

Tôi không phải là chuyên gia tên lửa, nhưng có vẻ như bạn sẽ phải nạp nhiên liệu liên tục cho các tên lửa. Đó sẽ là một pha kỹ thuật tốt, nhưng không phải để sử dụng hàng ngày.

Tuy nhiên, còn một cách khác để làm cho ô tô bay—một loại động cơ phát ra khí. Không quan trọng bạn sử dụng động cơ phản lực hay cánh quạt, vật lý chủ yếu là như nhau. Để bay lơ lửng, ô tô bay sẽ lấy không khí từ phía trên và "ném" nó xuống. Vì không khí có khối lượng, một thay đổi về vận tốc của không khí này sẽ có nghĩa là nó có một thay đổi về động lượng (trong đó động lượng là tích của khối lượng và vận tốc). Theo nguyên lý động lượng, sự thay đổi này về động lượng yêu cầu một lực—và chính là lực này chống lại lực hấp dẫn để khiến ô tô bay.

Tất nhiên, bạn không thể bay lơ lửng miễn phí. Việc đẩy không khí này xuống để tạo ra sức nâng đòi hỏi năng lượng. Để bay lơ lửng, bạn cần tiêu tốn năng lượng liên tục. Năng lượng này chuyển thành năng lượng động của không khí, phụ thuộc vào cả khối lượng và vận tốc của không khí. Vì ô tô tiếp tục đẩy không khí xuống, chúng ta thực sự muốn xem xét công suất (đo lường bằng Watts) cần thiết để bay lơ lửng.

Ở đây là nơi kích thước của cánh quạt đóng vai trò. Nếu bạn có cánh quạt rất lớn, bạn có thể "ném" xuống một lượng lớn không khí. Điều này có nghĩa là khối lượng của không khí rất lớn, vì vậy bạn không cần phải đẩy nó xuống với vận tốc lớn để có đủ lực nâng. Tùy chọn khác là có cánh quạt nhỏ với không khí có khối lượng thấp nhưng di chuyển xuống với tốc độ nhanh hơn nhiều. Nhưng không khí nhanh hơn có hậu quả. Hóa ra công suất cần thiết để tăng tốc không khí phụ thuộc vào tốc độ không khí lên đến lập phương ba. Đây là lý do tại sao máy bay trực thăng do con người đạp (đúng vậy, nó là thực tế) có cánh quạt khổng lồ.

Cuối cùng, công suất để bay lơ lửng có thể được biểu diễn dưới dạng công thức sau (dựa trên nguyên lý cơ bản).

Chỉ để rõ ràng, biểu tượng ρ đại diện cho khối lượng riêng của không khí (khoảng 1,2 kilogram mỗi mét khối) và A là tổng diện tích chéo của cánh quạt (hoặc động cơ phản lực hoặc bất kỳ thứ gì khác). Tôi đoán chúng ta đã sẵn sàng để ước tính công suất cần thiết cho chiếc Tesla bay lơ lửng này. Có lẽ chúng ta nên ước tính một số giá trị đầu tiên. Nếu bạn không thích ước lượng của tôi, bạn sẽ có cơ hội để tự thực hiện dưới đây.

• Khối lượng của ô tô = 1800 kg (dựa trên Model 3).
• Diện tích cánh quạt = 4 * π * (0.254)² = 0.81 mét vuông (dựa trên đường kính lốp 20 inch).

Thực sự, đó chỉ là hai ước tính duy nhất. Bây giờ là lúc tính toán. Điều đầu tiên tôi cần làm là sử dụng khối lượng của ô tô và kích thước cánh quạt để tính tốc độ của không khí thoát ra khỏi những chiếc lốp. Sau đó, tôi có thể sử dụng tốc độ không khí để tính công suất.

Vì python là một công cụ tính toán tuyệt vời, tôi sẽ thực hiện điều này bằng mã lệnh (và sau đó bạn có thể thay đổi giá trị của mọi thứ một cách tự do). Chỉ cần nhấp vào "play" để chạy mã và "pencil" để chỉnh sửa nó.

Chỉ để rõ ràng, đó là 1,7 megawatts, một số khá ít hơn so với 1,21 jigawatts (đúng vậy, đó là thực sự là gigawatts) cần thiết để làm cho ô tô du lịch qua thời gian.

Vậy nếu ô tô sử dụng nhiều công suất như vậy để bay lơ lửng thì nó có thể ở trên không bao lâu? Theo Wikipedia, viên pin lớn nhất của Model 3 là 75 kWh (kilowatt-giờ). Có lẽ viết thành 0.075 megawatt-giờ sẽ tốt hơn. Vậy nếu bay lơ lửng mất 1.7 MW thì nó có thể bay được trong 0.044 giờ hoặc 2.64 phút. Đó không phải là thời gian dài. Nhưng có lẽ đó là đủ thời gian bay để quay trở lại quá khứ.

Những bài viết tuyệt vời khác từ MYTOUR

• Taxi không khí bất ngờ thực tế của Bell
• Cách ghi lại các mùa trong một hình ảnh duy nhất của New York
• Phía tối của mặt trăng là gì?
• Bitcoin đã làm lộ mục tiêu cuối cùng của Silicon Valley
• Đội tuyển Intel hàng đầu vẫn chiến đấu với Meltdown và Spectre
• 👀 Đang tìm kiếm những công cụ công nghệ mới nhất? Xem qua lựa chọn của chúng tôi, hướng dẫn mua sắm và các ưu đãi tốt nhất trong suốt cả năm
• 📩 Muốn thêm? Đăng ký nhận bản tin hàng ngày của chúng tôi và đừng bao giờ bỏ lỡ những câu chuyện mới nhất và tuyệt vời nhất của chúng tôi