Bagaimana trotoar yang menghasilkan energi bekerja

Kami berjalan di sini, Kami berjalan di sana, kami berjalan ke mana -mana. Mungkin Anda pergi bekerja atau makan siang di kota yang sibuk. Anda mengeluarkan energi, dan latihannya baik untuk Anda. Tetapi bagaimana jika, di atas itu, kita bisa merebut kembali semua yang secara bebas memasok energi dan mengubahnya menjadi listrik yang dapat digunakan?

Ini adalah hal yang nyata. Sistem telah dipasang di lusinan negara. Lihat video ini. Dan mengapa berhenti di sana? Anda bisa memasukkannya ke dalam diskotik dan memanfaatkan gerak kaki mewah itu untuk memberi daya pada lampu strobo. Atau membangunnya di grid hopcotch taman bermain. Ketika Anda mulai memikirkannya, kemungkinan tidak terbatas.

Tapi bagaimana cara kerjanya? Dan berapa banyak daya yang dapat dihasilkannya? Jelas satu orang tidak akan membuat banyak perbedaan, tetapi mengonversi trotoar yang penuh dengan New York dan Anda mungkin benar -benar memiliki sesuatu. Bisakah kita meletakkan ini di seluruh dunia dan berhenti menggunakan bahan bakar fosil? Mari kita cari tahu!

Ikuti bola yang memantul

Pertama, kita membutuhkan model manusia yang berjalan. Tidak ada keringat, kan? Berjalan sangat mudah, seorang anak berusia 1 tahun dapat melakukannya. Sebenarnya, penggerak bipedal sangat rumit dari perspektif fisika. Serius, jika Anda harus belajar berjalan dari model fisika, Anda masih akan berada di kereta dorong. Jadi mari kita mulai dengan sesuatu yang lebih sederhana: bola memantul.

Percaya atau tidak, ini adalah analogi yang cukup bagus. Kita dapat segera melihat bahwa ada tiga jenis energi yang terlibat: energi kinetik, energi potensial gravitasi, dan energi potensial musim semi.

Energi kinetik berkaitan dengan gerakan suatu objek – semakin cepat bergerak, semakin banyak energi kinetik yang dimilikinya. Jika Anda mengambil bola dan menjatuhkannya, itu akan berakselerasi ke bawah, yang berarti energi kinetiknya meningkat. Tapi dari mana energi ekstra itu berasal?

Jawaban: disimpan di medan gravitasi. Ini energi potensial gravitasi. Jumlah tergantung pada kekuatan bidang (G = 9.8 Newton per kilogram di Bumi), massa objek, dan seberapa tinggi di atas tanah itu. Saat bola jatuh, energi potensial gravitasi berkurang dan energi kinetik meningkat.

Di sana Anda dapat melihat sesuatu yang sangat kuat. Kami menyebutnya konservasi energi. Ini mengatakan bahwa jika kita memiliki sistem tanpa input atau output energi – apa yang disebut sistem tertutup – energi dapat mengubah bentuk, tetapi jumlah total energi tetap konstan.

Akhirnya, kami punya Energi potensial musim semi. Ini adalah energi yang disimpan dalam objek elastis saat dikompresi. Ketika bola menyentuh tanah, itu berubah bentuk dan berhenti. Jika Anda memiliki kamera berkecepatan tinggi, Anda akan melihatnya rata selama sepersekian detik karena energi kinetik dikonversi menjadi energi pegas.

Kemudian bola rebound untuk mendapatkan kembali bentuknya. Energi potensial pegas dikonversi kembali ke energi kinetik di arah yang berlawanan dan bola trampolin ke atas. Begitulah rasanya:

Jika ini adalah sistem yang benar -benar tertutup, energi total akan tetap bouncing yang sama setelah bouncing, dan Anda akan melihat bola kembali ke ketinggian aslinya. Tentu saja, ini tidak terlalu realistis. Apa yang terjadi adalah bahwa beberapa energi kinetik bocor sebagai panas atau suara pada dampak. Kemudian energi pegas lebih rendah dari energi kinetik asli, sehingga setiap bouncing semakin rendah dan lebih rendah:

Dengan cara yang sama, setiap kali kaki Anda menyentuh tanah, beberapa energi bocor. Tapi tunggu! Ketika manusia berjalan, tinggi badan mereka tetap konstan langkah demi langkah. Bagaimana ini mungkin? Itu karena kita membuat kehilangan energi dengan energi internal dari makanan yang kita makan. Itu otot Anda bekerja. Jika kita memasukkan sumber itu dalam sistem, energi dilestarikan.

Jadi, kembali ke pertanyaan asli kami: apakah mungkin untuk mengumpulkan energi “terbuang” dan benar -benar menggunakannya? Yap, itulah yang dilakukan trotoar bertenaga orang. Mari kita lihat cara kerjanya.

Dua teknologi

Ada dua metode dasar yang dapat Anda gunakan untuk ini: generator piezoelektrik atau generator elektromagnetik. Kedua teknologi ini telah ada selama berabad -abad; Ini hanya aplikasi untuk permukaan yang menghasilkan daya yang baru.

Perangkat piezoelektrik ada di sekitar Anda. Mereka berada di tongkat yang Anda klik untuk menyalakan barbekyu Anda. Mereka berada di tombol lift, di mana kurangnya bagian yang bergerak membuat mereka jauh lebih tahan lama daripada tombol mekanik gaya lama. Mereka yang membuat sepatu kecil anak -anak menyala di malam hari.

Ini didasarkan pada jenis kristal khusus, seperti kuarsa. Saat Anda menekan kristal, itu mengubah struktur kisi atom dengan cara yang memisahkan muatan positif dan negatif. Dengan kata lain, ini menciptakan tegangan seperti baterai, dan itu menyebabkan arus listrik mengalir.

Oh, ini bekerja secara terbalik juga. Jika Anda menerapkan tegangan ke kristal piezoelektrik itu akan berkembang. Oleskan tegangan yang terus berubah dan kristal akan berosilasi dan menghasilkan suara. Sekarang Anda memiliki speaker kecil. Karena mereka sangat kurus, mereka digunakan dalam kartu ucapan yang memainkan lagu saat Anda membukanya.

Ini adalah pembicara piezo yang saya ambil dari mainan dan terhubung ke LED. Ketika saya memukulnya, ada energi yang cukup untuk membuat LED menyala. Cukup keren, ya?

Sekarang katakanlah Anda menempatkan kristal piezoelektrik di panel lantai. Seorang manusia yang berjalan akan menekannya, menekan kristal dan menghasilkan listrik. Beginilah Jepang Soundpower Corp (Sekarang disebut Global Energy Harvest) menciptakan lantai yang menghasilkan daya.

Sebuah perusahaan Inggris, Pavegen, menggunakan lantai dengan roda gila kecil di bawahnya. Ketika kaki Anda mendorong ke bawah di lantai, roda gila berputar, memutar kumparan kawat di hadapan medan magnet, yang menghasilkan arus listrik. Ini adalah generator elektromagnetik, dan ini adalah bagaimana sebagian besar kekuatan kita sehari -hari diciptakan – itu hanya pertanyaan tentang apa yang membuat generator berputar. Biasanya angin atau air atau (paling umum) uap dari bahan bakar fosil yang terbakar.

Kekuatan rakyat

Jadi berapa banyak energi listrik yang bisa dihasilkan oleh satu orang? Mari kita lakukan a Perhitungan Back-of-the-Envelope. (Inilah yang dilakukan oleh para ahli fisika ketika mereka ingin mendapatkan perkiraan cepat – memungkinkan kita melihat apakah itu layak mendapatkan angka yang lebih tepat.)

Pertama, pengingat cepat tentang perbedaan antara daya dan energi. Singkatnya, daya adalah laju transfer energi. Seperti yang ditunjukkan dalam persamaan berikut, itu adalah perubahan energi (ΔE) per unit waktu.

Jika ΔE diukur dalam joule dan Δt adalah dalam hitungan detik, maka kekuatan akan diberikan di watt. Untuk memberi Anda perasaan untuk unit -unit ini, mengangkat buku teks dari lantai dan meletakkannya di atas meja membutuhkan sekitar 10 joule energi. Kekuatan yang digunakan oleh bohlam LED khas adalah 10 hingga 20 watt.

Katakanlah bahwa orang yang berjalan seperti bola memantul yang sangat mengerikan. Selama satu langkah, orang tersebut bergerak ke bawah dan menyerang lantai. Dalam proses semua energi kinetik mereka hilang (untuk estimasi kami). Karena energi kinetik mereka berasal dari perubahan energi potensial gravitasi, kita bisa mendapatkan energi dari satu langkah hanya menggunakan massa (M) dan tinggi (H) bahwa mereka bergerak ke bawah. Dengan itu, energi satu langkah kami adalah:

Saya akan menggunakan massa manusia 70 kilogram dengan perubahan ketinggian 2 sentimeter. Dan ingat, medan gravitasi di bumi adalah G = 9.8 Newton per kilogram. Tapi tunggu! Setiap langkah hanya setengah dari berat seseorang, jadi kami akan berlipat ganda dengan 1/2. Dan misalkan orang yang berjalan cepat mengambil dua langkah per detik. Itu berarti kita dapat menggunakan interval waktu 0,5 detik.

Sumber nilai -nilai ini memberi kita kekuatan rata -rata 13,7 watt. Tentu saja, itu mengasumsikan sistem sangat efisien. Untuk perkiraan minimum, katakanlah lantai hanya 10 persen efisien. Itu akan menempatkan output daya rata -rata pada 1,37 watt. Saya pikir jika Anda memiliki nilai di mana saja dari 1 hingga 10 watt, itu bisa sah.

Jadi bagaimana jika Anda memiliki lantai bertenaga orang di bandara yang sibuk, dan Anda mendapatkan 5 watt per orang. Itu berarti 100 orang akan memberi Anda 500 watt kekuatan total. Itu seharusnya cukup untuk menerangi keramaian. Tentu saja, ketika bandara sepi, seperti larut malam, tidak akan ada cahaya, jadi mungkin ide yang bagus untuk memiliki beberapa jenis cadangan.