Xe Blackbird
Bài B1, đề thi vòng bán kết Olympic Vật Lý Mĩ 2013
Dưới đây là chiếc xe Blackbird, được chế tạo năm 2009.
Không có nguồn năng lượng dự trữ nào như pin hay động cơ chạy xăng; tất cả năng lượng để
làm chiếc xe chuyển động đến từ gió. Cơ cấu quan trọng duy nhất của chiếc xe là hộp chuyền
động, thứ có thể chuyển hóa năng lượng giữa bánh xe và cánh quạt.
Chiếc Blackbird đã được lái cả xuôi gió và ngược gió, như được chỉ ra bên dưới. Trong mỗi
trường hợp chiếc xe được giữ song song (hoặc phản song song) với hướng gió mà không bị xoay.
Thử nghiệm được tiến hành trên mặt đất, trong điều kiện gió thổi đều đặn, và đã trải qua thời
gian đủ dài để đạt đến trạng thái ổn định.
Khi lái xe xuôi chiều gió, nhà chế tạo cho rằng chiếc xe có thể chạy “nhanh hơn gió”: tức là, với
, cho nên chiếc xe có thể trải qua việc đi ngược gió một cách tương đối khi di chuyển.
Những người bình luận trên Internet với thái độ thường là tiêu cực cho rằng đây là điều bất khả
thi về mặt vật lý, và chiếc Blackbird chỉ là trò lừa bịp. Một vài người bình luận khác cũng cho
rằng trường hợp đi ngược gió là bất khả thi.
a. Trước tiên xem xét trường hợp đi xuôi và “nhanh hơn gió”.
Chuyển động trên có thực sự khả thi không? Nếu không, hãy đưa ra một giải thích
ngắn gọn!
Nếu chuyển động là khả thi, thì năng lượng được chuyển từ cánh quạt đến các bánh
xe hay ngược lại?
Nếu chuyển động là khả thi, thì tốc độ so với đất có thể đạt đến là bao nhiêu? Đối
với câu hỏi này, giả sử rằng khi chuyền năng lượng dù giữa cánh quạt và các bánh
xe hay ngược lại, thì là tỉ số công có ích bị mất mát; cho vận tốc gió là . Bỏ qua
mọi mất mát năng lượng khác.
b. Trả lời những câu hỏi trên cho trường hợp đi ngược gió.
Nguồn: fasterthanthewind.org Xuôi gió Ngược gió