Sajnálom, Sandra Bullock: Tűzoltó készülék Lousy Thruster


Tegyük fel, hogy te vagy űrhajós az űrben. Nincs semmi veled, kivéve az eszeit és … egy tűzoltó készüléket? Miért tűzoltó készülék? Mert Sandra Bullock karaktere van a filmben Gravity. Mivel a tűzoltó készülék kivonja a gázt (általában tüzet kiengedve), arra is használható, hogy tolóerőt állítson elő és segítsen az űrben való manőverezésben. De ez valóban működik? Ez az, amit a MythBusters, akinek tudományos tanácsadó vagyok, egy újabb epizódban teszteltem.

A MythBusters elkezdte hasonló helyzet kialakítását a Föld felszínén. Egy fúvókát használnak egy egyszemélyes légpárnás hajó divatmodelljének kialakításához (nem túl nehéz önmagát építeni). Elengedték a jégpályán, ami eléggé megszüntette a súrlódási erőt. Ezután tűzoltó készüléket használtak a tolóerőre, és próbáltak manőverezni a jégen.

Kiderült, hogy a tűzoltó készülék nem volt olyan nagy a légpárnás mozgásának vezérlésére. Senki sem tudta elkerülni a jégen kialakult akadályokat. A tűzoltó készülékkel kapcsolatos problémák kettősek: Először is, ez nem szorítja ki a légpárnás gépet. Tehát jelentős mennyiségű tolóerőre van szükség ahhoz, hogy észrevehető változást érjen el a mozgásban. Másodszor, az erő változása az objektum mozgását nem érinti az erővel kapcsolatos alapvető intuícióinkat. Ez a második rész megnehezíti a tűzoltó készülék repülését az űrben.

Jó modellt kaphatunk arról, hogy az erők hogyan mozdítják el a dolgokat az egész életünk áttekintésével. Igen, csináljuk most. Az összes megfigyelt esemény esetében csak úgy tűnik, hogy az erők engedelmeskednek a következő szabálynak:

Ha valamit benyomsz, akkor a tolatás irányába mozog. Ha abbahagyja a nyomást, megáll.

Úgy tűnik, hogy az erőmodell éppen egész idő alatt működik. Egy eset, amikor nem működik, a légi járművel a jégen van. Ebben az esetben a légpárnázó tolóerőt kap, hogy mozogjon. Ezt követően a személy leáll a nyomásra – de a légijármű JUST KEEPS MOVING! Őszintén gondolom, hogy az embereknek miért tetszik a jég. A jégen lévő dolgok nem követik a normál erőmodellünket.

Mivel ez a „erő egyenlő mozgás” modell nem jégen működik, nyilvánvalóan nem a legjobb modell. Itt egy jobb erőmodellt tudok leírni három gifdel.

Állandó erő

Vegyünk egy kis súrlódású (szinte súrlódásmentes) kosarat, és állandó erővel nyomjuk. Itt van az, ami történik.

Rhett Allain

Abban az esetben, ha nem tudod megmondani, a kosár gyorsan növekszik. Őszintén szólva, az embereknek nehéz a sebességváltozásokat kimutatni. Általában három kategóriába sorolunk: mozgás, lassú, gyors. De bízz bennem. Ez a kocsi sebessége növekszik. Tehát, ha egy tárgyat olyan erővel nyomunk, amely ugyanolyan irányba mozog, mint az objektum, akkor felgyorsul.

Állandó visszafelé irányuló erő

Itt ugyanaz a kocsi, de most a ventilátor ellenkező irányba tolódik. Meg kell adnom a kocsit, és ez megtörténik.

Rhett Allain

Ebben az esetben a visszafelé irányuló erő lelassítja a kocsit. Annyira lelassul, hogy végül leáll. Miután megállt, a kosár elkezd jobbra mozogni, és felgyorsul – mivel most egy előre irányuló erő.

Oldalirányú erő

Ezt a kocsival nem tudtam megtenni, ezért egy yo-yo-t használtam. Itt van egy felülnézete egy körben mozgó yo-yo-ról.

Rhett Allain

A yo-yo erőssége a húrból származik, és mindig a yo-yo mozgására merőleges irányban húzódik. Ez azt jelenti, hogy a yo-yo állandóan megváltoztatja az irányt, bár ez többnyire ugyanolyan sebességgel mozog. Mi történik, ha elengedem a karakterláncot? Ha nincs több oldalirányú erő, a yo-yo egyenes vonalban mozog, állandó sebességgel (többnyire állandó).

Mi mindhárom esetben közös? Az erő mindig változtatások az objektum mozgása. Ez felgyorsítja, lassítja vagy megváltoztatja az irányt. Természetesen ez a fizika egyik alapvető modellje, hogy az objektumra gyakorolt ​​teljes erő arányos a sebesség változásának sebességével.

Szóval, miért kapják ezt az embert ilyen rosszul? Nem vagyunk olyan rosszak, hogy modelleket készítsünk, de nehezen látjuk a súrlódást erőként. Mivel a súrlódás csaknem mindenhol van, úgy gondoljuk, hogy az állandó erővel való tolatás valamilyen állandó sebességgel mozog. Ebben az esetben valójában nulla nettó erő van. Az erő, amivel nyomja, kiegyenlíti a súrlódási erőt, hogy lényegében ne lépjen fel erő. Nincs erő a mozgás változásában. De mégis, ez mindig az állandóan jelenlévő súrlódás okozta.

Tesztelje saját erőmodelljét

Oké, értem. Nem tudtál beállítani, amikor a MythBusters tesztelte a légpárnájukat a tűzoltó készülékkel. Ne aggódj, nem voltam ott. De a következő legjobb dolog – egy tűzoltó készülék szimulátor. Igen. Ezt tettem neked.

Így működik. A Futtatás gombra kattintva a nagy lemez jobbra mozog. A tűzoltó készülék állandó erővel bír, amely a nyíl irányába tolja el. Az egérrel mozgathatja a nyilat bármilyen irányba, amit Ön szerint a legjobb. Most meg tudod kerülni ezt a falat? Itt van az esélyed.

Azt hiszem, van még néhány észrevételem a programról.

  • Ne feledje, a nyíl az erő iránya. Nem az az irány, ahol a tűzoltó készüléket irányítaná.
  • Megnézheti a kódot, ha boldoggá tesz. Figyelem: összezavarok, amikor gombokat és egér kölcsönhatásokat és dolgokat adok hozzá.
  • A szünet- és visszaállítási gomboknak működniük kell.
  • A kódban semmi sem akadályozza meg, hogy csak átmegy a falon. Nincs fal, nincs kanál. Csak ott van a díszítések.
  • Nem, nem lehet kikapcsolni a tűzoltó készüléket. 20 másodpercig marad.

Láthatjuk, hogy nem lehet elkerülni a falat, de ez sem triviális. Képzeld el, ha a légpárnás is forog. Ez nehéz lenne. Meg lehet változtatni a légpárnás forgási sebességét olyan tűzoltó készülékkel, amely nem a tömegközéppontra irányult. Ez aztán külső nyomatékot és külső erőt gyakorolna. A kódolás azonban egy kicsit nehezebb lenne, így elhagytam ezt a részt.


Nagyszerű WIRED történetek