Teslanın Uçan Roadsterinin Arxasındakı Fizika

Bizə onilliklər ərzində uçan avtomobillər vəd edilib. Nəhayət birimiz var. Yaxşı, bir növ.

Keçən həftə Elon Musk Teslanın uzun müddətdir gecikmiş Roadster 2-ni bir neçə zəng və fit səsi ilə nümayiş etdirdi. Avtomobil uçur - lakin çox uzun müddət deyil - və prototip normal avtomobillərin edə bilməyəcəyi bir neçə başqa şeyi də yerinə yetirdi, məsələn, şaquli divarı sürmək və Tesla-nın bütün nəqliyyat vasitələrinin üstündən tullanmaq.

Gəlin avtomobilin dairəvi enişlə necə yuxarı qalxmasından və sonra Hörümçək adam tərzində tamamilə tərs şəkildə ona yapışmasından başlayaq. Düşünmürəm ki, heç vaxt bunu etməlisən, lakin Roadster 2-nin bu xüsusiyyəti əslində normal yollarda performansı yaxşılaşdıra bilər. Bu sürtünmə ilə bağlıdır.

İki səth qarşılıqlı olduqda - rezin təkərlər və yol kimi - səthlərin bir-birinə nisbətən sürüşməsinə mane olan bir qüvvə ola bilər. Bu qarşılıqlı təsir statik sürtünmə adlanır. Bu statik sürtünmə qüvvəsi üçün sadə bir modelimiz var, burada böyüklük ( F f ) iki səthin ( F N ) və iki səth növündən (μ ) nə qədər sıxışdırıldığından asılıdır.

Səthləri bir-birinə itələyən qüvvə çox vaxt "normal" qüvvə adlanır, çünki hər iki səthə perpendikulyardır. Statik sürtünmə əmsalı ( μ ) qarşılıqlı təsir edən materialların növlərini təsvir edir. Praktik maksimum sürtünmə əmsalı 1-dir və asfaltdakı rezin üçün dəyər təxminən 0,6-dır. Bəs o ≤ işarəsi? Bunun səbəbi statik sürtünmənin “məhdudiyyət qüvvəsi” olmasıdır. Bu, sürüşmənin qarşısını almaq üçün lazım olan gücü tətbiq edir - müəyyən bir maksimum dəyərə qədər.

Fərz edək ki, ölümcül bir avtomobil yoxuşa qalxmağa çalışır. Budur üç mühüm qüvvəni göstərən qüvvə diaqramı: sürtünmə, normal qüvvə və cazibə qüvvəsi (kütlənin və cazibə sahəsinin məhsulu).

Meyil bucağı ( θ ) artdıqca cazibə qüvvəsi (mq ) səthə perpendikulyar istiqamətdə daha az komponentə malikdir. Bu o deməkdir ki, normal qüvvə ( F N ) də maksimum sürtünmə qüvvəsi kimi azalır. Bu sürtünmə qüvvəsi mailliyi aşağı çəkən cazibə qüvvəsinin komponentindən az olarsa, avtomobil sürüşəcək. 0,6 əmsalı ilə bu maksimum bucaq təxminən 31 dərəcədir. Bu şaquli deyil. Heç şaquli vəziyyətə də yaxın deyil. Sürtünmə əmsalı 0,9 olsa belə, siz hələ də yalnız 42 dərəcə bir meyl əldə edirsiniz.

Beləliklə, bir avtomobil şaquli divarı necə idarə edə bilər? Cavab normal qüvvəni və əlavə olaraq sürtünmə qüvvəsini artırmaqdır. Şaquli divar üçün avtomobilin sürüşməsinin qarşısını almaq üçün bu sürtünmə qüvvəsi cazibə qüvvəsinə bərabər olmalıdır.

Roadster 2-nin ilk hiyləsini etdiyi yer budur. Avtomobilin altından havanı üfürmək üçün fanatlardan istifadə edir. Bəzi yan qapaqlarla bu, tozsoranın necə işlədiyi kimi avtomobilin altındakı hava təzyiqini aşağı salır.

Sadəcə əylənmək üçün Roadster 2-nin divara yapışması üçün sizə lazım olan təzyiqi hesablayaq. Şirkət avtomobilin hədəf çəkisinin 1700 kiloqram olduğunu bildirir. Əlaqə sahəsini də bilməliyik. Gəlin onu təxminən 2 kvadrat metr ərazidə toplayaq. Unutmayın ki, F = P × A , burada P təzyiq və A sahədir. Ancaq bu, həqiqətən, kvadrat metrə təxminən 10 5 nyuton olan xarici atmosfer təzyiqi ilə təzyiq fərqidir. Nömrələri çevirmək, atmosfer təzyiqinin 86 faizinin aşağı təzyiqini verir. Bu, çox inandırıcı görünür. Əlbəttə ki, dibinin ətrafındakı möhür mükəmməl olmadığından, fanatlar çəkməyə davam etməli olacaqlar.

Roadster 2 həmçinin saniyədə 0-dan 60 mil/saat sürətlənmə ilə öyünür. Ənənəvi avtomobil üçün bu mümkün deyil. Normal avtomobil sürətləndirmək üçün təkərlər və yol arasındakı sürtünmə qüvvəsindən istifadə etdiyi üçün, sürtünmə əmsalı ilə məhdudlaşır. 0,6 (ağlabatan) sürtünmə əmsalı istifadə edərək, edə biləcəyiniz ən yaxşı şey 4,56 saniyədə 0-dan 60 mil/saat sürətləndirməkdir. Bəli, siz daha yaxşı təkərlər əldə edə bilərsiniz və avtomobil daha sürətli hərəkət etdikdən və hava ilə qarşılıqlı əlaqədə olduqda (onu aşağı itələdikdə) sürtünmə qüvvəsini də artıra bilərsiniz, lakin bu təkmilləşdirmələr sizi saniyədə 100 mil/saat sürətə çatdıra bilməyəcək.

Roadster 2 başqa bir güc formasına əsaslanır: sıxılmış hava arxadan atılır. Raketlər belə işləyir. Çoxumuzun əlimizdə raket olmadığı üçün sadə təcrübəni nəzərdən keçirək