空飛ぶテスラ？もちろん！電力需要を計算します

イーロン・マスクはTwitterで遊び心を隠さない。最近のツイートで、マスクは将来のテスラは『バック・トゥ・ザ・フューチャー』の空飛ぶ車のようなデザインになるだろうと示唆した。

ハハハ。面白い。でも、本当に実現できるんだろうか？車輪の推力で走行モードから飛行モードに切り替わる空飛ぶテスラを作るには、一体何が必要なんだろう？ちょっと物理学の話に移ろう。

テスラを空飛ぶように飛ばすには、いくつか選択肢が考えられます。まずはロケット推進です。イーロン・マスクもこれを採用したいようです（SpaceXとのつながりを考えると当然の選択です）。実際、彼は冗談でも何でもないようです。

私はロケットの専門家ではありませんが、ロケットに燃料を補給し続ける必要があるようです。素晴らしいスタントにはなるでしょうが、日常的に使うには無理でしょう。

しかし、車を飛ばすには別の方法があります。それは、ある種の空気推進装置です。ジェットエンジンを使うかローターを使うかは関係なく、物理的な仕組みはほぼ同じです。ホバリングするために、空飛ぶ車は車体上部の空気を吸い込み、それを下に「投げます」。空気には質量があるため、この空気の速度が変化すると、運動量も変化します（運動量は質量と速度の積です）。運動量の原理によれば、この運動量の変化には力が必要であり、この力が重力に対抗して車を飛ばすのです。

もちろん、無料でホバリングすることはできません。揚力を生み出すために空気を下に送り出すにはエネルギーが必要です。ホバリングするには、毎秒エネルギーを使い続ける必要があります。エネルギーは空気の運動エネルギーとなり、空気の質量と速度の両方に依存します。車は空気を下に送り出し続けているので、ホバリングに必要な電力（ワット単位）を確認する必要があります。

ここでローターの大きさが重要になります。非常に大きなローターがあれば、大量の空気を「投げ落とす」ことができます。つまり、空気の質量が非常に大きいため、ホバリングするのに十分な力を得るために、それほど大きな速度で押し下げる必要はありません。もう一つの選択肢は、質量の小さいローターを使用して、空気をはるかに速い速度で下降させることです。しかし、空気の速度が速くなると、結果も変わります。空気を加速するために必要な力は、空気の速度の3乗に依存することが判明しています。これが、人力ヘリコプター（はい、これは実在します）が巨大なローターを備えている理由です。

結局、ホバリングする力は次の式で表すことができます（基本的な原理に基づく）。

念のため、ρ記号は空気の密度（1立方メートルあたり約1.2キログラム）を表し、Aはローター（またはジェットなど）の総断面積です。これで、このホバリングするテスラに必要な電力を推定する準備が整ったと思います。まずは概算値をいくつか算出した方が良いかもしれません。もし私の推定値が気に入らない場合は、以下でご自身で推定してみてください。

車の質量 = 1800 kg (モデル 3 に基づく)。
ローター面積 = 4 * π * (0.254) ² = 0.81 平方メートル (リム直径 20 インチに基づく)。

実際のところ、推定値はたった2つです。それでは計算に移りましょう。まず、車の質量とローターのサイズを使って、タイヤから出てくる空気の速度を計算します。その後、空気の速度を使って出力を計算できます。

Pythonは素晴らしい計算機を作ることができるので、コードを使って計算してみましょう（そして、自分で値を変更できます）。「再生」をクリックしてコードを実行し、「鉛筆」をクリックして編集してください。

誤解のないよう言っておくと、これは 1.7 メガワットであり、自動車を過去へ戻すために必要な 1.21 ジガワット (そう、実際にはギガワットです) よりもかなり少ないです。

では、ホバリングにこれだけの電力を使うとしたら、どれくらいの時間浮いた状態を維持できるのでしょうか？Wikipediaによると、モデル3の最大バッテリー容量は75kWh（キロワット時）だそうです。これは0.075メガワット時と表記した方が良いかもしれません。つまり、ホバリングに1.7MWかかるとすると、0.044時間、つまり2.64分飛行できることになります。それほど長い時間ではありませんが、タイムトラベルするには十分な飛行時間かもしれません。

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