Какой шар с гелием необходим, чтобы человеку пролететь на шаре в связке с едущим автомобилем?

Подробности

Обновлено 30.05.2023 14:57

«В Матрице твоё сознание меняется, но ты по-прежнему остаешься физиком...»

Неверие и сомнения отбрось — очисти свой мозг для осознания нестандартных вопросов!
Присоединяйтесь к научным размышлениям!

Серьезные ответы физика на абсурдные гипотетические вопросы, возникающие порой у взрослых и детей.
Глава из книги "А что, если...?".
Автор: Рэндалл Монро — физик и программист.

Ранее
Оглавление
Далее

Моя 12-летняя дочь хочет привязать шарики с гелием к стулу, который, в свою очередь, будет привязан веревкой к Феррари. Ее 13-летняя подруга будет за рулем, а сама она будет сидеть на стуле и наслаждаться открытыми видами. Моя дочь жаждет узнать, на какую максимальную скорость ей рассчитывать и сколько ей понадобится шариков с гелием.

Ну хорошо, займемся вопросом:
Ты когда-нибудь бегала с воздушным шариком? Он не висит прямо над тобой, сопротивление воздуха прижимает его вниз:

Высота, на которую поднимается шарик, зависит от того, что больше: сила выталкивания шарика, тянущая его вверх, или сила ветра, толкающая его назад. Если лобовое сопротивление воздуха слишком сильное, шарик останется прижатым к земле, и прекрасные виды тебе не откроются.

Для определения скорости нужно сначала выяснить, насколько велика должна быть гроздь шариков (или один большой шар — так, пожалуй, проще), чтобы тебя поднять.

В твоем возрасте люди весят в среднем 43 килограмма. Это означает, что понадобится шар 4 метров в диаметре, чтобы поднять тебя, то есть шар размером с машину. (Если ты весишь не 43 килограмма, можешь подставить свой вес в эту формулу.)

Четырехметровый шар достаточно велик, чтобы компенсировать твой вес. Но нам этого недостаточно. Это значит только, что ты не упадешь и не поднимешься в воздух, а будешь парить на буксире у самой земли.

Чтобы подняться вверх, понадобится шар побольше. 5-метровый шар даст 71 килограмм подъемной силы (вот формула!).

Этого хватит, чтобы уравновесить твои 43 килограмма, плюс несколько килограммов кресла и самого шара.

Шар будет оттягиваться назад воздухом. Чем быстрее твоя подруга едет, тем больше воздух тянет шар назад.

Если тяга вверх, созданная гелием, сильнее, чем тяга назад из-за ветра, то шар будет парить под высоким углом. Если же назад тянет сильнее, чем вверх, то шар полетит под малым углом. Даже на скорости 15 км/ч пятиметровый шар будет лететь вслед за машиной довольно низко.

К счастью, есть решение: можно взять шар побольше. С увеличением шара плавучесть берет верх над лобовым сопротивлением.

Если взять 10-метровый шар, подъемная сила будет достаточно большой, чтобы вы могли ехать со скоростью 30–40 км/ч и все еще оставаться довольно высоко над землей. 15-метровый шар будет даже лучше — он позволит тебе разогнаться до 50 км/ч, все еще сохраняя хороший обзор.

К сожалению, есть проблема с тем, чтобы увеличивать размер шара все больше и больше.

Пятнадцатиметровый шар с гелием и 12-летней девочкой могут поднять 1 895 килограмм. А Ferrari 458 (плюс 13-летняя девочка) весят всего 1 532 килограмма.

Все можно уладить, отказавшись от гелия. Шарик тебе не нужен. Все, что нужно, это кайт или парашют — то есть поверхность, которая сработает как крыло и заставит встречный воздух вытолкнуть тебя вверх.

Источник: Balloon Car, chtoes.li, CC BY-NC 2.5

Ранее
Оглавление
Далее