샴페인 병을 던진 사람을 로켓으로 바꾼 사람을 설명합니다.

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모두에게 이런 일이 발생하지 않았습니까? 당신은 친구의 결혼식을 가고 샴페인 축하 병을 여는 것이 당신의 일입니다. 그게 다 잘되고 좋은거야, 너 스스로에게 말하지만, 단지 코르크 마개를하는 것은 그렇게 힘들다. 대신, 병으로 목을 잡고 벽에 던지십시오. 너 한테 그런 일이없는거야? 그럼이 사람에게 일어난 일입니다.

엉덩이 오른쪽에 있었 니? 차 키나 아이폰에 있을까? 그게 다 치지.

하지만 얼마나 다쳤습니까? 그 질문에 대한 도움을 얻기 위해 나는 헌츠빌에있는 알라바마 대학의 추진 연구소 (Propulsion Research Center)에서 플라즈마 물리학자인 Dr. Gabriel Xu를 보았다. 왜 내가 로켓 과학자 한테 물어 봤어? 역 숙제? 로켓 과학자가 당신의 샴페인이 정당 연료에서 병 추진제가 될 때로 향하는 올바른 사람이라고 말합시다.

병이 벽에 닿는 순간, 그것은 로켓이됩니다.그것은 장대 한 것처럼 들릴지 모르지만, 완전히 pedantically하다면 정확합니다. NASA가 설명 하듯이:

"로켓은 뉴턴의 세 번째 운동 법칙이라고 불리는 과학적 규칙에 따라 작동합니다. 영국 과학자 아이작 뉴턴 (Isaac Newton) 경은 3 가지 운동 법칙 (Laws of Motion)을 발표했습니다. 그는 300 년 전에 이것을했습니다. 그의 세 번째 법칙은 모든 행동에 대해 동등하고 반대되는 반응이 있음을 말합니다. 로켓은 배기구를 밀고있다. 배기 가스가 로켓을 밀어냅니다. 로켓은 배기 가스를 뒤로 밀어 낸다. 배기 가스가 로켓을 전진시킨다."

우리의 경우, 이산화탄소와 액체 용기의 혼합물이 병 밖으로 빠져 나와 병을 앞으로 밀었습니다. 병의 힘과 추진체의 힘은 물리학 용어로 "행동 - 반응 쌍"을 구성합니다. 그리고 전형적인 물리학 방식에서는 중력과 공기 저항을 무시하고 있습니다.

관련된 수학은 이것보다 약간 더 정교합니다:

로켓은 로켓 방정식에 복종합니다.

어디에 에프 힘, V 속도를 나타냅니다. dm / dt 시간 경과에 따른 질량 변화를 나타냅니다. 이 방정식은 로켓의 힘이 배기 가스의 속도, 즉 우리의 경우 이산화탄소의 질량 변화와 동일하다고 말합니다.

여기 내가 붙어있어. 계산 방법을 즉시 알지 못했습니다. V 과 dm / dt. 그러나 쑤 박사는 돈을 가지고있었습니다. 우리는 계산할 것입니다. V Bernoulli의 방정식은 흐르는 유체에 대한 에너지 보존 법칙을 간단히 표현한 것입니다. 옆으로, 베르누이 방정식의 일반적인 용도 중 하나는 에어 포일의 작동 원리를 설명하는 것입니다. 이는 몇 가지 문제가 있습니다.

베르누이 방정식은 다음과 같이 보입니다. 왼쪽의 용어는 병의 이산화탄소를 가리키며 오른쪽의 용어는 병을 떠나는 알콜 로켓 소스를 나타냅니다.

이것은 더러워 보이지만 실제로는 아주 간단합니다. 양측의 첫 번째 임기는 바로 압력입니다. 두 번째 항은 유체의 운동 에너지입니다. 왼쪽에서 병의 액체가 병에 상대적으로 움직이지 않으므로이 값을 0으로 만듭니다. 이것은 출구 속도를 풀 수있게 해줍니다. V 우리 샴페인 중.

와 V 우리는 또한 dm / dt. 우리가 알아야 할 것은 병을 여는 시간에 얼마나 많은 질량이 점을 통과하고 있는가를 알아야한다는 것입니다. 그것은 가스의 밀도와 병목 시간의 단면적을 곱한 것입니다. V. 프레스토 악장.

우리가 몇 가지 가정을한다면, 우리는 에프 문제 없어. Dr. Xu가 제안한 번호는 다음과 같습니다. Bottled Champagne는 6 대기압 아래에 있으며 분위기는 한 가지 분위기 아래에 있습니다. 샴페인의 밀도는 물에 가깝다 - 1,000kg / m3. 병 목은 직경이 25 밀리미터입니다.

"추측 된 수를 사용하여 15.6 뉴턴의 추력을 얻습니다."Xu가 이메일에 썼습니다. 고등학교 물리학을 기억한다면 뉴턴은 초당 1 미터에서 1 킬로그램의 질량을 가속하는 데 필요한 힘이라는 것을 알고 있습니다. 그러나 Xu는 "이것은 생각할 수있는 유용한 양이 아닙니다. 대신 우리는 충돌시 병에 담긴 추진력을 볼 수 있습니다."

모멘텀은 우리의 목적에 맞는 훌륭하고 구체적인 양입니다. 왜냐하면 그것은 힘보다는 충격에 대한 "oomph"와 "ouch"를 포착하기 때문입니다. 그러나 힘과는 달리 운동량에는 편리한 이름의 단위가 없습니다. 그것은 단지 초당 kgm 또는 kgm / s로 측정됩니다. 운동량이 질량 시간 속도와 같습니다.

쑤 박사의 더 많은 정보: "750 밀리리터 와인 병은 약 0.9 킬로그램이고 샴페인은 750 밀리리터가 0.75 킬로그램입니다."이것으로 좋은 뉴턴의 제 2 법칙을 적용 할 수 있습니다. F = ma, 초당 초당 9.45 미터 인 가속도를 계산합니다.

"동영상에서 보틀이 물체를 치고 로켓으로 변한 후 약 0.5 초가 지나서 병에 닿은 것처럼 보입니다."쑤는 썼다. 초기 속도가 0이라고 가정하면 0.5 초 후에 병이 4.73 m / s의 속도로 부딪칩니다. 병이 그 시간에 약간의 액체를 잃어 버리고 1.5 킬로그램 밖에 남지 않았다고 가정 해 봅시다. 충격시의 추진력은 7.1kgm / s입니다."

음, 그게 전부 다 잘되고 네가 말하는 것도 좋지만, 어떻게 이해할 수 있니? 걱정 마세요. 쑤 박사님이 등을 맞췄습니다.

그는 "비교를 위해 야구는 0.145kg의 질량을, 90mph의 속구는 ~ 40m / s이다. 그래서 90mph 야구는 5.8kgm / s의 기세로 타격을 가할 것입니다. 따라서 병은 110 마일의 패스트볼처럼 그 남자를 때렸다."

그게 다 치지.