Beklager, Sandra Bullock: En brandslukker er en elendig thruster


Antag at du er en astronaut ud i rummet. Du har intet med dig, undtagen din wits og … en ildslukker? Hvorfor en brandslukker? Fordi det er hvad Sandra Bullocks karakter har i filmen Tyngdekraft. Fordi en ildslukker skyder ud gas (normalt for at slukke en ild), kan den også bruges til at producere tryk og hjælpe dig med at manøvrere i rummet. Men ville det virkelig fungere? Det er, hvad MythBusters, for hvem jeg er en videnskabskonsulent, satte op til at teste i en nylig episode.

MythBusters begyndte ved at forsøge at skabe en lignende situation på Jordens overflade. De brugte en bladblæser til at danne en person-svæverfly (det er ikke for svært at bygge en selv). De lod det løsne på en skøjtebane, hvilket stort set eliminerede friktionskraften. Derefter brugte de en ildslukker til tryk og forsøgte at manøvrere rundt på isen.

Det viste sig, at ildslukkeren ikke var så stor til styring af svæveflyets bevægelse. Ingen kunne undgå hindringerne på isen. Problemerne med brandslukningsmotoren er to gange: For det første skubber den ikke hårdt på svæveflyet. Så du ville have brug for at generere stød i lang tid for at få en mærkbar ændring i bevægelse. For det andet ændrer vejstyrken bevægelsen af ​​et objekt, er ikke i overensstemmelse med vores grundlæggende intuitioner om kraft. Det er denne anden del, der gør det svært at flyve en brandslukker i rummet.

Vi kan få en god model for, hvordan styrker gør ting bevæger sig ved at gennemgå hele dit liv. Ja, lad os gøre det lige nu. For næsten alle begivenheder, som du har observeret, synes kræfter at adlyde følgende regel:

Hvis du skubber noget, bevæger den sig i retning af push. Hvis du holder op med at trykke på den, stopper den med at flytte.

Den kraftmodel ser ud til at fungere næsten hele tiden. En sag hvor det ikke virker, er med svæverfly på isen. I dette tilfælde er svæverflyet givet et skub for at få det til at bevæge sig. Derefter stopper personen med at skubbe – men svæveflyet SKAL bare flytte! Jeg tror ærligt, derfor er mennesker som is. Ting på is følger ikke vores normale kraftmodeller.

Da denne model af "force equals motion" ikke virker på is, er det helt klart ikke den bedste model. Her kan jeg beskrive en bedre kraftmodel med tre gifs.

En konstant fremadstyrke

Lad os tage en lavfriktionsfri (næsten friktionsfri) vogn og skubbe med en konstant kraft. Her er hvad der sker.

Rhett Allain

Hvis du ikke kan fortælle, er vognen stigende i hastighed. Ærligt er det svært for mennesker at opdage ændringer i hastighed. Normalt bryder vi bare bevægelser ind i tre kategorier: Flytter ikke, langsomt, hurtigt. Men tro mig. Denne vogn er stigende i hastighed. Så hvis du trykker på et objekt med en kraft i samme retning som objektet bevæger sig, vil det fremskynde.

En konstant tilbagevendende kraft

Her er den samme vogn, men nu skyder fanen i modsat retning. Jeg skal give vognen et skub, og så sker det.

Rhett Allain

I dette tilfælde gør bagudstyrken vognen langsomt. Det sænker så meget, at det til sidst stopper. Når den er stoppet, begynder vognen at bevæge sig tilbage til højre og fremskynder – da det nu er en fremadrettet kraft.

En sideløbende kraft

Jeg kunne ikke gøre det med vognen, så jeg brugte en yo-yo i stedet. Her er en oversigt over en yo-yo, der bevæger sig i en cirkel.

Rhett Allain

Kraften på yo-yo er fra strengen, og den trækker altid i en retning vinkelret på yo-yo's bevægelse. Det betyder, at yo-yo konstant ændrer retning, selv om det for det meste bevæger sig med samme hastighed. Hvad sker der, når jeg slipper strengen? Med ikke mere