Engineering
Poczta pneumatyczna
Wyślij kapsułę rurą poczty pneumatycznej w biurowcu: powietrze z dmuchawy pcha ją wzdłuż parteru, w górę pionu i przez zwrotnicę do stacji B lub C. Zmień masę kapsuły i ciśnienie dmuchawy, wywierć otwór w pionie i wyłącz poduszkę powietrzną, aby usłyszeć, jak kapsuła uderza w koniec rury.
Co się dzieje
Rura o średnicy 100 mm biegnie od stacji A 8 m wzdłuż parteru, wznosi się do zwrotnicy, a dalej albo skręca na drugim piętrze do stacji B (22,28 m rury od A), albo wspina się wyżej, do stacji C na trzecim piętrze (24,28 m). Dmuchawa o prostoliniowej charakterystyce – najwyżej 0,08 m³/s i ciśnienie przy zerowym przepływie, które ustawiasz – tłoczy powietrze do rury za kapsułą o długości 0,25 m; powietrze przed nią uchodzi przez otwór wylotowy stacji odbiorczej o przekroju 40 cm². Powietrze za kapsułą i przed nią to dwie izotermiczne objętości, które zmieniają się wraz z położeniem kapsuły, a trochę powietrza przecieka obok niej. Kapsułę napędza różnica ciśnień między jej czołami; przeciwdziałają temu grawitacja na wzniesieniach, tarcie o ściankę z μ = 0,2 (w łukach kapsuła jest mocniej dociskana) i opór ośrodka. Na 2,5 m przed końcem stacja może zamknąć otwór wylotowy, zostawiając tylko mały upust o przekroju 0,6 cm², a kapsuła hamuje na powietrzu, które sama spręża.
Kapsuła o masie 1 kg przy dmuchawie 6 kPa dociera do B w 3,20 s i przy otwartym wylocie uderza w koniec z prędkością 8,0 m/s; z poduszką dociera po 8,72 s z prędkością 0,39 m/s, pełznąc na końcu w tempie, w jakim powietrze uchodzi przez upust. Do C potrzebuje 9,07 s. Kapsuła o masie 3 kg potrzebuje m·g/A = 3,75 kPa, aby wspiąć się pionem: przy 6 kPa dociera w 10,9 s, otwór 3 cm² w pionie wydłuża ten czas do 12,8 s, a przy 3,5 kPa zatrzymuje się u podstawy pionu, 8,65 m od startu.
Model: izotermiczny gaz doskonały w dwóch objętościach, przepływy przez otwory zlinearyzowane poniżej 50 Pa; kapsuła jako jeden stopień swobody wzdłuż trasy; bez fal ciśnienia i bez nagrzewania powietrza. Krok 0,2 ms; powietrze nie powstaje ani nie znika.
Co wypróbować
Wyślij kapsułę i śledź ją w górę pionu; potem wyłącz poduszkę powietrzną i zobacz, jak uderza w koniec rury. Zwiększ jej masę albo osłab dmuchawę, aż utknie u podstawy pionu, albo wywierć otwór w pionie.
Równania modułu
Równania p = m·R·T/V dm_b/dt = Q_fan − Q_past − Q_hole, dm_a/dt = Q_past − Q_vent M·d²s/dt² = (p_b − p_a)·A − M·g·sin τ − μ·N − c·v Q_fan = ρ₀·Q_max·(1 − Δp/Δp₀)
