Um Professor de Física Apostou $10.000 Que Estou Errada

Estou aqui para assinar um documento apostando .000 dólares que meu último vídeo está de fato correto. Este é o vídeo em questão. Algumas pessoas podem ter perdido, mas neste carro não há motor, sem baterias, sem fonte de energia além do próprio vento. E a afirmação contrainttuitiva é que este carro pode manter velocidades mais rápidas do que o vento que o está empurrando. Há um professor de física na UCLA que entrou em contato para dizer que achava que eu estava errado, que a explicação estava errada. Sabe, nós discutimos um pouco e eventualmente eu disse: “Bem, que tal apostarmos .000? Eu posso provar para você? Este veículo realmente não pode ir contra o vento mais rápido do que o vento. E para minha surpresa, ele está aceitando a aposta. Olha, ninguém é perfeito, mas você tem uma taxa de erro muito menor do que a maioria das pessoas no YouTube, no espaço do YouTube. Agora, né? O professor Alex Cusenco queria que essa aposta e todo o discurso relacionado fossem públicos. Na verdade, ele sugeriu que conseguíssemos uma celebridade para testemunhar a assinatura. Então, eu perguntei a Nil Grass Tyson, Bill K e Shan Carol para serem nossas testemunhas e eles gentilmente concordaram. E Alex, eu só quero dizer, eu concordo com tudo que você disse sobre Veritasium, que geralmente eu posso assistir e não preciso me perguntar se ele vai estragar ou como eu estou. Não, ele é brilhante. Estou animado com essa aposta porque se eu estiver errado, vou querer saber o que é o ponto principal do canal, que é chegar à verdade. E é por isso que acho que estamos todos aqui hoje. E acho que você sabe que esta é uma ótima chance de ver. Vou resumir os principais pontos de Alex neste vídeo, mas colocarei sua apresentação completa aqui. Então, deixe-me primeiro explicar o que vejo no vídeo. No vídeo, o veículo é operado em um vento forte. Inicialmente você tem a velocidade do vento excedendo a velocidade do carro, mas então a velocidade do vento não é constante. A velocidade do vento diminui e o carro se move por inércia com desaceleração por um tempo. Então, basicamente, Alex acredita que uma rajada empurra o carro para uma alta velocidade e então quando o vento para, o carro está indo mais rápido que o vento momentaneamente, mas deve estar desacelerando. Na verdade, essa será a minha conclusão no final desta apresentação, que sempre que você tem velocidade mais rápida que o vento, eu realmente vou mostrar a você, em uma equação, a aceleração é negativa. O segundo efeito é que o vento no vídeo é medido a uma altura de cerca de 1 m ou 155 m, mas a hélice vai a cerca de 3 m acima do solo. Agora, devido às interações com o solo, há um gradiente de vento. O vento viaja mais devagar perto do solo e depois mais rápido mais acima. Agora, Alex estimou que a velocidade do vento da hélice pode ser 10 ou 15% maior do que na Biruta. Então, é possível que o carro possa estar se movendo mais devagar do que o vento na hélice e ainda parecer estar se movendo mais rápido do que o vento na altura da biruta. Agora, eu acho que este é um pequeno efeito. No entanto, em combinação com o efeito anterior, pode tornar isso mais frequente. OK? E é isso. Se eu me lembro corretamente do vídeo, Derek relata que eles alcançaram até 2.8 vezes a velocidade do vento, o que parece muito mais alto do que o que é possível aqui, a menos que o vento tenha aumentado e então caído espontaneamente. Muito boa pergunta. OK. Se você está tentando bater o recorde, provavelmente fará muitas tentativas. Você estará experimentando esse vento rajado repetidamente até que você estabeleça o recorde, certo? É assim que você estabelece o recorde. E em uma dessas ocasiões, você terá uma rajada forte e agradável que é três vezes maior que a vazante que vem depois dela, ok? E é nesse momento que você registrará o recorde e é aí que entrará o fator de 2.8. E quanto aos testes na esteira, estes são realizados em arado. Ao mover o chão para trás, você está simulando um vento de calda perfeitamente estável. E se você mantiver o carro parado na esteira, bem, isso é equivalente ao carro indo exatamente à velocidade do vento. Agora, se o carro puder se mover para a frente na esteira, isso mostra que ele pode acelerar mais rápido do que o vento. Mas Alex tinha várias explicações de porque esses experimentos não mostram realmente o que afirmam mostrar. Se você tem essa velocidade flutuante da esteira e então se um humano apenas a direciona, ele pode introduzir inconscientemente um viés para o resultado desejado. Então pode ser que o cara com espor esteja induzindo o modelo de aeronave a atravessar a asa de vez em quando. E como você apontou, está descendo de vez em quando. Sim, tenho certeza. Tenho 100% de certeza de que o cara no vídeo não faz isso de propósito. Ok. Sim. No entanto, você sabe se ele está esperando deriva para a frente? Sim. É clássico. Sim, sim, absolutamente é isso. Exatamente. OK. Então você entendeu. Na ausência de evidências experimentais convincentes, Alex recorreu a análises teóricas como uma do professor de aéreo do MIT, Mark Drella. Mas aqui também ele encontrou problemas. Sua principal preocupação é que a equação para a força líquida inclui a diferença entre as velocidades do carro e do vento no denominador. O que parece implicar que ao viajar exatamente à velocidade do vento, você deveria obter uma força infinita. Agora aqui está o verdadeiro perigo, porque se Derk dirige muito próximo ao vento, essa diferença de velocidade vai para zero. Se for um milionésimo de 1%, é como se uma bomba nuclear explodisse atrás dele. Então Derek está definitivamente em apuros, certo? Então precisamos encontrar algo para salvar a vida de Derek aqui. Isso é sério, certo? Mas dividir por zero. Vamos lá, pessoal. Eu nunca olhei para isso. Alex realizou sua própria análise e não encontrou tais problemas de divisão por zero. Na verdade, ele descobriu que não há como o carrinho acelerar na velocidade do vento ou acima dela. A aceleração deste veículo é negativa. Então, é possível mover o veículo mais rápido que o vento, mas não é possível movê-lo com aceleração zero, o que seria necessário para manter a velocidade constante. E é basicamente onde paramos, correto? OK. Obrigado, obrigado, Neil. Muito obrigado. Obrigado, pessoal. Obrigado, Neil. Então, agora compete a mim convencer o professor Cusenko de que o Blackbird realmente pode ir mais rápido que o vento, mas a apresentação dele foi eficaz. Quando postei sobre isso no Twitter, Alice Zang, que dirige o Veritasum chinês, disse: “Acho que você perdeu, Derek. Estou 80% do lado do Alex agora. O que é incrível para mim é que nenhum deles viu minhas tentativas de replicar os experimentos de esteira para o primeiro vídeo. Pedi a minha amiga e criadora do YouTube, Sheila Foxlin, para fazer um modelo de carrinho a favor do vento. Ah, não. A versão um terminou em fracasso, mas Shila não se intimidou, voltando em alguns dias com a versão dois. Está parecendo que vai. Diferente desses modelos, a maioria dos seus projetos realmente funciona. Ela é determinada. Então, talvez isso nos diga algo sobre se você pode realmente ir mais rápido que o vento a favor do vento. O que ficou claro para mim é que eu não fiz um bom trabalho no primeiro vídeo explicando como o Blackbird funciona e fornecendo evidências convincentes de que ele realmente pode ir mais rápido que o vento de uma maneira sustentada. Em minha defesa, eu pensei que o conceito estava bem estabelecido. Lá atrás, em 1969, Andrew Bower construiu o primeiro carrinho de vento bem-sucedido. E ele fez isso para resolver uma aposta amigável com o engenheiro aeroespacial, Apolo Smiths. A aposta foi inspirada por uma afirmação em um trabalho de estudante de 20 anos antes. Agora, Rick Cavalaro, o construtor do Blackbird, estava completamente alheio a tudo isso até depois que ele construiu seu carrinho. Mas outras análises foram publicadas sob nomes como o barco empurre-me, puxe você. Então, sinceramente, eu não achava que alguém duvidaria do funcionamento do veículo, muito menos apostaria. Mas claramente há uma necessidade de uma explicação mais profunda. Então, eu quero fazer isso agora respondendo aos pontos levantados por Alex. Então, primeiro vamos lidar com o gradiente de vento. Quero dizer, por que que não medimos a velocidade do vento mais acima? A resposta é porque isso já foi feito. Eles montaram indicadores de vento em varas de pescar para os lados da hélice e até acima dela. Agora, embora o indicador de vento mais baixo vire primeiro, todos os indicadores de vento eventualmente viram para trás, mostrando que todas as partes do veículo estão indo mais rápido que o vento. Isso poderia ser por causa de uma grande rajada de vento que empurrou o carro para uma alta velocidade e depois o vento parou. Eu não acho que sim. Mesmo que eu não tivesse um velocímetro no carro para as minhas corridas, alguém no Twitter apontou que poderíamos usar a rotação da roda traseira para determinar a velocidade a partir das imagens do vídeo. Isso mostra que mesmo depois que o indicador vira para trás, o carro continua acelerando. Outra coisa que eu quero apontar é que se o gradiente de vento ou rajadas fossem a razão pela qual o carro viaja mais rápido que o vento, bem, você esperaria que o indicador pulasse ou pelo menos não apontasse diretamente para trás em minha direção. Mas ele faz isso consistentemente por mais de 30 segundos, até que eu tive que pisar nos freios para evitar bater em veículos estacionados. Mas se isso não for suficiente para você, quando o Blackbird atingiu sua velocidade recorde de 27,7 mil/h em um vento de calda de 10 milhas por/h, ele ainda estava acelerando. E sabemos disso porque havia várias unidades de GPS no carro e velocidades do vento que foram medidas na altura da hélice em vários locais. A sessão destacada mostra o período de medição de 10 segundos durante o qual o recorde foi estabelecido. Também em 2013, o exame semifinal da Olimpíada de Física dos Estados Unidos fez perguntas sobre o Blackbird, tipo, ele pode ir mais rápido que o vento a favor e contra o vento? A solução diz que ambos os modos são possíveis e com perda de energia suficientemente baixa, qualquer velocidade é possível. Agora, admito que as evidências que mostrei no primeiro vídeo não foram definitivas. Rajadas de vento ou gradientes poderiam ter explicado as observações. Mas agora que você viu essas evidências, está convencido de que o Blackbird pode ir a favor do vento mais rápido do que o vento, sem diminuir a velocidade? Bem, o professor Cusenco não estava convencido. Então, eu quero explicar como o carro funciona tão claramente que ninguém, nem mesmo o professor pode duvidar do que está acontecendo. A primeira coisa a saber é que a hélice não funciona como a maioria das pessoas pensa. Ela não funciona como um moinho de vento. Ela não gira do jeito que o vento de calda está empurrando. Em vez disso, ela gira na direção oposta, funcionando como um ventilador para empurrar o ar para trás. Este ventilador é alimentado pelas rodas que estão conectadas à hélice por uma corrente de bicicleta. Então, na velocidade do vento, o carro pode continuar acelerando porque as rodas giram o ventilador que sopra ar para trás, gerando impulso para a frente. Agora, a grande questão é, para dirigir o ventilador, deve haver uma força para trás nas rodas que tende a desacelerá-las. Então, por que essa força não é maior do que o impulso da hélice fazendo o carro desacelerar no geral? A resposta é que as rodas estão indo muito mais rápido sobre o chão do que a hélice está se movendo pelo ar, então a força de impulso pode realmente ser maior. Vou fazer uma análise no quadro de referência do carro. E a equação importante a saber é que potência é igual a força vezes velocidade. Então, nas rodas, a potência é inserida no sistema pelo chão, se movendo sob o carro. A potência gerada é a força do chão nas rodas vezes a velocidade do carro. Na hélice, o trabalho é feito no ar à medida que a hélice o empurra para trás. A potência de saída é igual à força da hélice no ar vezes a velocidade do carro menos a velocidade do vento. A hélice está se movendo mais devagar através do ar devido ao vento de caudda. E se assumirmos que não há perdas, então a potência nas rodas é igual à potência de saída na hélice. Desta equação, podemos ver que a força na hélice será maior do que a força nas rodas. E como a hélice está empurrando o ar para trás, o ar aplica uma força igual e oposta para a frente na hélice. Esta é a força de empuxo, que será maior do que a força para trás nas rodas. Então, este carro funciona como uma alavanca ou uma polia, aplicando uma pequena força nas rodas ao longo de uma distância maior. A hélice pode aplicar uma força maior em uma distância menor. Isso é como quando você está andando de bicicleta subindo uma ladeira. Você move os pedais rapidamente, mas com menor força, para fazer as rodas se moverem mais devagar sobre o chão, mas com uma força maior. Mas agora nos deparamos com o problema de divisão por zero que o professor Cusenco nos alertou. Quando a velocidade do carro é exatamente igual à velocidade do vento, parece que a hélice pode fornecer uma força infinita. Isso pode estar certo? Quer dizer, nossa análise está errada? A resposta é não. Por dois motivos. Primeiro, isso é exatamente o que você esperaria teoricamente com qualquer alavanca ou polia. Se um braço da alavanca for zero, então você pode levantar um peso infinito com qualquer quantidade de força do outro lado. A pegadinha é que seu deslocamento será zero. Em segundo lugar, na prática, existe um termo de eficiência da hélice, que é mal definido quando a hélice não está se movendo através do ar. Existe uma fórmula melhor para a eficiência da hélice, que é bem definida no limite de velocidade do ar zero. Cria uma bagunça algébrica, mas está perfeitamente bem definido. E então o problema da divisão por zero é eliminado, mas essa equação faz o problema parecer mais complicado do que realmente é. Você não precisa realmente de aerodinâmica. Aqui eu tenho um pequeno carrinho com uma roda grande que rola em dois carretéis menores. E o que vou mostrar é que quando você tem dois meios se movendo um em relação ao outro, bem, então se este carro estiver em contato com ambos os meios, ele pode realmente se mover mais rápido do que a velocidade relativa deles. Então, conforme eu empurro a prancha pra direita, você pode ver que o carro desce a prancha mais rápido do que a prancha está se movendo. Se você olhar com atenção, verá que a roda grande ela não está girando do jeito que a prancha está empurrando. Ela está realmente girando na direção oposta. Isso é como a hélice do Blackbird que empurra contra o ar e é assim que consegue ir mais rápido do que o vento a favor do vento. Agora você pode construir um desses carros para você mesmo em casa ou pode construir um modelo de carrinho a favor do vento. Eu te disse que a estava determinada. Sim, vou fazer a afirmação na câmera. Eu acho que vai funcionar desta vez. Estamos mudando a hélice. Tem que funcionar antes que sejamos expulsos da loja de estas. Funciona. Funciona perfeitamente. Incrível. Meu Deus, é tão bom. A quarta versão do carrinho dela funciona espetacularmente e foi projetada para ser replicada por qualquer pessoa usando apenas uma impressora 3D e uma simples lista de materiais. Ela explica como construí-lo com mais detalhes sobre o processo de engenharia em um vídeo em seu canal. Então, vá conferir. Agora o professor Cusenko admitiu a aposta e me transferiu .000. Então, quero agradecê-lo por ser um homem de honra e mudar de ideia à luz das evidências que eu apresentei, o que realmente não é fácil de fazer e especialmente em um debate público como este. Agora, eu não quero ficar com o dinheiro, eu quero investir na comunicação científica. Então, estou realizando uma competição de vídeo de um minuto. Eu estarei concedendo prêmios em dinheiro para os três melhores vídeos que explicam um conceito de ciência, tecnologia, engenharia e matemática contrainttuitivo. Colocarei alguns detalhes na descrição. O que eu amo na ciência é que desacordos não são problemas, são oportunidades para todos aprenderem algo. Eu aprendi muito mais sobre a aerodinâmica do Blackbird e as relações de transmissão do que eu sabia antes. Também aprendi que devo aprofundar mais nos meus vídeos, devo tornar as evidências extremamente convincentes e incluir algumas equações no final para aqueles que desejam esse nível de detalhe. Quero agradecer a todos envolvidos na produção deste vídeo. Neil de Grass Tyson, Bill K, Shan Carol, Mark Drella, professor Cusenko e Gila Foxlin, mas especialmente Rick Cavalaro, o inventor e criador do Blackbird. Ele foi uma fonte de informação, uma constante fonte de apoio e o homem liderando a carga para ajudar as pessoas a entenderem esta área da física pelos últimos 15 anos. Vamos esperar que este vídeo encerre a questão de uma vez por todas.