Читать «Самогонные хроники. От национальной идеи к успешному премиум-бренду» онлайн - страница 19

На данном этапе я четко понял лишь одно – наше road movie и есть та самая самосогласованная задача, зависящая от множества факторов и сама себя определяющая.

Но задачка, как оказалось, так захватила моих друзей-физиков, что какое-то время спустя Николай даже написал строгое её решение. Результат получился весьма интересным. Так что, если недосуг пробираться через дебри математических выкладок, смело их пропускайте и идите сразу в конец этой главы.

Николай Полуэктов: Итак, решение Луны. Напомню условие задачи: можно ли на обычной малолитражке (конкретно на ВАЗ-21083) добраться до Луны? Нужно посчитать время подъёма, а также сколько нужно брать с собой топлива/кислорода/еды etc.

Для того чтобы получить решение, необходимо уточнить исходные данные. Что мы имеем? Во-первых, массу автомобиля m – порядка 1 тонны.

Во-вторых, расход топлива в единицу времени. Здесь я исходил из следующих оценок. Мощность двигателя 21083 ~ 70 л. с. (то есть грубо 50 кВт). Разумно предположить, что на максимальной скорости (200 км/ч) сила трения (внутреннее трение, сопротивление воздуха) уравновешивается силой двигателя внутреннего сгорания (коль скоро больше 200 км/ч машина разогнаться не способна), при этом двигатель работает на максимальной мощности. Принимая, что при этом расход топлива составляет 10 л на 100 км пробега, получаем, что при достижении максимальной мощности двигателя расход топлива составляет 10 л / 100 км ? 200 км/ч = 20 л/ч. Принимая плотность бензина грубо равной плотности воды, получим расход топлива (обозначим его а ) на уровне 20 кг/ч.

В дальнейшем мы везде полагаем, что к Луне «восьмерка» движется на максимальной мощности. А скорость автомобиля в любой момент оцениваем по формуле:

v = W/F. (1)

W , понятно, это мощность двигателя, а F – сила, действующая на автомобиль в данный момент времени. Далее везде под этой силой я буду понимать силу тяжести, то есть M  ? g(r) ( g – ускорение свободного падения, которое зависит от высоты над поверхностью Земли r; M – масса автомобиля в данный момент времени). Как видим, силами трения, а также собственным ускорением автомобиля я полностью пренебрегаю. Возможность пренебречь ими я обсужу ниже, пока же отмечу, что отбрасывание этих сил, бесспорно, «завышает» значение скорости, – значит, полученное решение задачи будет давать минимальные время и количество топлива для подъема ВАЗ-21083 на Луну.

Дальнейшее – простая математика. Вводим радиус Земли R (нетрудно догадаться, зачем: g(r) = gR ? /(R + r ) ? ) и получаем следующее уравнение движения:

v = W/{(m + x – at) ? gR?} ? (R + r)?. (2)

Что есть что в формуле (2): t – это, понятно, время (с момента старта), а x – та самая неизвестная масса топлива (кислорода, еды), которую нужно принять на борт, чтобы было на чём долететь до Луны.

Если вспомнить, что v есть производная от r , то получаем обыкновенный диффур первого порядка, в котором, кстати, ещё и переменные разделяются. Не буду утомлять решением диффура, напишу его сразу:

1/(R + r) = W/gR?a ln{(m + x – at)/(m + x)} + 1/R. (3)