Tip:
Highlight text to annotate it
X
Det här är ett vattenjetpack... men det är inte jag som flyger den. Det här är jag.
Det är svårare än det ser ut, ok? Men för att förstå hur det funkar, måste vi först tala om raketer.
Raketforskning sägs vara en av världens mest komplicerade saker, men grund
principen är otroligt enkel. Det handlar om Newtons tredje lag: alla krafter har en motkraft,
som är lika stor och motriktad.
För att demonstrera detta använder jag en brandsläckare på en skateboard. När koldixiden
pressas ut från släckarens munstycke skapar det en kraft framåt som gör att jag
accelererar.
I teorin, i alla fall.
Om du tittar noga kan du se exakt när jag förstår att det inte fungerar.
Så, vad är problemet? Kraften från koldioxiden på mig är densamma
som massan som sköt ut från brandsläckaren, vi förkortar den till m-prick,
gånger utsläppsgasens hastighet. I det här fallet var koldioxiden inte
utsläppt snabbt nog för att skapa en kraft stor nog för att övervinna friktionskrafterna
och få mig att accelerera. Men det går att göra, vilket också demonstrerats många gånger på Youtube.
När rymdskytteln lyfter, släpps avgaserna ut genom munstycket i 3-4 km/s, och skickar
iväg en mängd med en *** på 9 000 kg/s. Detta skapar en drivkraft motsvarande 30 000 000 N,
eller något jämförbart med ungefär 2 miljoner ordentliga brandsläckare.
Föreställ dig nu att du är en astronaut som förbereder sig för uppskjutning i rymdskytteln. Du skulle sitta,
inte vertikalt utan horisontellt, vinkelrätt mot accelerationen.
Det här beror på att människokroppen är lite som en vattenballong, där vattnet representerar
blodet och ballongen representerar de hårdare delarna, som skelettet.
Om du accelererar väldigt snabbt, följer ditt skelett med,
men ditt blod stannar där det är. Detta resulterar i att blodet hamnar
i dina fötter. Eftersom det därför inte finns nog mycket syre i huvudet och hjärnan,
skulle du få en black out.
Jaktflygare möter ett ännu värre öde när de accelererar för fort neråt, eftersom
blodet då istället rusar till huvudet och de de får genomlida vad som kallas för en red out,
när blodet kommer ut ur deras ögon, näsa, mun, och öron.
Nu till astronauterna: eftersom du är tillbakalutad kommer blodet att hamna i ryggen
och i bakhuvudet, men hjärnan kommer fortfarande ha nog med syre för att
vara vid medvetande.
Under själva uppskjutningen och när raketen tar fart kommer den i början ha en
acceleration på mycket rimliga 5-8 m/s i kvadrat - vilket är en lägre acceleration
än ett fritt fallande objekt här på jordytan. Men ju längre raketen fortsätter
att förbränna bränslet, ju lägre blir också dess ***, medan drivkraften håller sig relativt konstant.
Newtions andra lag säger att accelerationen av ett objekt är lika med resultantkraften som läggs på det
dividerat med dess ***. Så när massan minskar, ökar accelerationen, och den ökar
så pass fort, att förbränningen i slutet av uppskjutningen måste
begränsas så att inte raketens hastighet överstiger 3 G, det är
tre gånger så mycket som gravitationens acceleration, eller ungefär 30 m/s i kvadrat.
Benämningen G-kraft uppfanns för att ge en känsla för den kraftmängd som astronauterna upplever,
mångdubbelt den kraft vi upplever varje dag. Just nu upplever du
en G-kraft, mot din rumpa om du sitter ner... Kan du känna den kraften?
Om du däremot accelererade med 3 G skulle du uppleva tre G-krafter. Så kraften mellan din
rygg och stolen skulle bli densamma som om du hade två till av dig själv ovanpå dig.
- Håll tyst därnere, va?
- Ni är tunga! Puh...
Du känner till känslan när du ska lyfta i ett flygplan och det känns som att du pressas
in i sätet. I själva verket är det sätet som pressas in i dig. Föreställ dig
den känslan gånger tjugo. Så känns det att lyfta i en rymdskyttel.
En intressant sidospår, vi tänker oss att rymdskyttelns acceleration är i stort sett
vertikal eftersom det är vad vi ser när den lyfter. Men det är inte sant
Så fort rymdskytteln nått igenom det tjockaste lagret av vår atmosfär, vrider den om till horisontalt läge
och accelererar upp till dess hastighet i omloppsbana, 28,000 km/h. Så det mesta av accelerationen för en
rymdfarkost sker, iallafall i omloppsbana, horisontellt.
Så hur liknar det här ett jetpack? Olikt skytteln så bär du inte ditt bränsle med
dig. Det finns inte heller någon kemisk reaktion som släpper loss energi och driver bränslet
neråt. Istället pumpar vattenskotern in vatten från sjön och upp genom slangen i
upp till 60 liter/s. Munstyckena ändrar vattnets riktning
så det, istället för att komma upp, skickas ut längst ner, och
den ändrade rörelsemängden, när vattnet går genom kurvan, trycker jetpacket uppåt.
Eftersom jetpacket pressar neråt bör enligt Newtons tredje lag, vattnet
också pressa uppåt mot jetpacket och generera en drivkraft på 1 800 Newton, vilket är
ungefär lika mycket som 150 ordentliga brandsläckare.
Det skulle kunna få mig att accelerera till uppemot 1,5 G.
Du använder bara händerna för att styra. Lyft uppåt för att driva dig själv uppåt, rör dina händer
neråt för att accelerera framåt, och låtsas att du vrider ett stort hjul väldigt
försiktigt för att röra dig från sida till sida.
Akta dig för att försöka förklara fysiken bakom jetpacket medan du är i luften.
Det var vad jag försökte göra här...
Under tiden du lär dig att kontrollera drivkraften får du hjälp av en instruktör, om du gör något
dumt stänger han av drivkraften och släpper ner dig i sjön, så att du inte
skadar dig.
Det är oftast en bra idé, förutom om du är på väg att krocka med vattenskotern.
Jag fick en ganska stor fläskläpp, men som tur höll alla mina tänder.
När drivkraften är lika stor som min vikt, plus vikten av vattnet i slangen så
kan jag sväva runt med konstant hastighet. Det är en vanlig missuppfattning att det behövs
en aning obalanserad kraft för att röra sig med konstant hastighet. Om krafterna
är balanserade, så kommer du att fortsätta röra dig i den konstant hastighet du har.
En annan vanlig missuppfattning om raketer är att du behöver något att trycka ifrån,
som till exempel atmosfären. I verkligheten är det bränslet som pressar dig uppåt, så även utan
luften omkring skulle ett vattenjetpack fortfarande fungera eftersom du pressar uppåt från vattnet
som kommer ut ur munstyckena.
Ifall du vill prova på vattenjetpack, var försiktig med kontrollerna. Jag menar,
det värsta du kan göra är att överkompensera, vilket är en typisk mänsklig reaktion, då
du reagerar på var du är och hur snabbt du rör dig, men inte på accelerationen,
vilket är det enda du kan styra över.
Även om du kommer ner mot vattnet fort, så håller du kanske på att sakta ner,
så det är okej och du behöver kanske inte ändra på något. Bara lita på att
jetpacket kommer hjälpa dig tillbaka igen.
Det är en otrolig känsla, att känna styrkan från allt vatten som rusar förbi dig.
Det är det närmaste jag har kommit att flyga. Fysikens krafter.
Många vet kanske inte att jag har en till kanal
som heter 2 Veritasium, där jag lagt upp fler videor nyligen, så om du vill
kolla in dem, klicka på den här rutan eller på länken i beskrivningen.
Om du vill ladda ner en Veritasium-video är det nu möjligt via iTunes genom att klicka
på den här länken, och de jag har att tacka för det är Science Alert, en av de bästa
facebook-sidorna om vetenskap som finns, klicka på länken om du vill ta en närmare *** på dem.
OK, tack för att du tittade.