Co je radiální síla?
Technicky je radiální síla jakákoli síla, která působí v přímé linii. Ve fyzice se často používá k popisu vlivu kolmého - v pravém úhlu - na středovou osu nebo osu objektu, který se pohybuje po orbitální dráze. Jednoduše řečeno, míč na konci délky struny zahnutý v oblouku zažije tuto sílu a udržuje strunu napnutou. Několik dalších předvídatelných sil pracuje v různých směrech, aby udržovalo kouli rotující v oblouku, ale radiální síla je zodpovědná za to, aby se pohybovala pryč od ruky držící strunu.
Ačkoli přesný původ a povaha radiálních sil jsou velmi komplikované, lze je vidět při práci v mnoha každodenních procesech, například v bitech elektrického nářadí, rotujících pneumatikách automobilů a ložiscích. Při obrábění je tato síla vysvětlena jako vliv, který tlačí řezný nástroj pryč od řezaného povrchu. Správný výpočet specifik radiální síly je kritickým krokem při navrhování nástrojů a dalších objektů s rotujícími částmi.
Co dělá radiální síla?
Radiální síly jsou důležitou součástí procesu, který udržuje jakýkoli objekt pohybující se na kruhové oběžné dráze. Když se známá hmota (jako je koule) točí kolem v kruhu v nastavené vzdálenosti (poloměr) od středu při konstantní rychlosti, radiální síla tlačí hmotu ven, pryč od středu. Síla udržuje hromadnou rotaci ve stejné vzdálenosti od středu a udržuje rovnoměrnou orbitální dráhu - kruh nebo elipsu. Bez působení této síly by cesta byla nevyzpytatelná a nepředvídatelná.
To platí o všech objektech na oběžné dráze, ať už jsou fyzicky připojeny ke středu nebo ne. Volná kulička spřádaná kolem vnitřku vědra je také tlačena proti vnitřní stěně nádoby radiální silou. Radiální síly jsou například také zodpovědné za udržování ruletové koule proti okraji drážky kola, zatímco se kolo otáčí.
Proč jsou radiální síly důležité?
Přesný výpočet radiálních sil je kritickým návrhovým hlediskem všeho, co má orbitální pohyb. Přesné stanovení rozsahu této proměnné hraje například zásadní roli v celkové účinnosti, bezpečnosti a životnosti zařízení. Také umožňuje návrhářům zjistit, jaká budou praktická omezení pro danou položku.
Ložiska jsou například široce používána v mnoha různých typech zařízení pro podporu, vedení a snížení tření pohybu mezi pevnými a pohyblivými částmi stroje. Často jsou vystaveny radiálním silám, které vytvářejí vnitřní napětí materiálu, které může mít za následek opotřebení a případné selhání, pokud se síla a související napětí stanou přílišnými. Ložiska musí být dostatečně silná, aby vydržela pod tlaky, které jsou na ně pravidelně aplikovány. Z tohoto důvodu existují typy ložisek speciálně navržených a dimenzovaných pro mechanické aplikace s vysokými radiálními silami.
Dalším příkladem tohoto jevu při práci je síla, kterou je řezný nástroj vystaven, když odstraňuje materiál z povrchu obrobku. Síla působí na nástroj a tlačí jej od řezaného kusu. Velikost síly působící na řezací zařízení bude záviset na vlastnostech samotného nástroje a vlastnostech obráběného materiálu. Pokud je nástroj špatně navržen a dochází k nadměrné radiální síle, mohlo by být velmi obtížné zatlačit řeznou hranu do kusu, což by vedlo k nestandardním výsledkům nebo dokonce potenciálnímu zranění obsluhy, když je nástroj tlačen pryč.
Změna radiální síly
Ke změně tohoto jevu dochází, když se hybnost pohybujícího se objektu během provozu mění nebo vyvíjí. Známá jako změna radiální síly, může být ilustrována na příkladu automobilové pneumatiky. Pneumatika zažije radiální sílu ve směru kolmém na osu kola, který, pokud by byla pneumatika dokonale kulatá a povrch vozovky dokonale hladký, by zůstal stejný, zatímco se kolo otáčí. To však neplatí, takže radiální síla vyvíjená na pneumatiku se mění pokaždé, když se otáčí. To konstruktérům přináší výzvy při navrhování zařízení, protože musí být schopno bezpečně pracovat za neustále se měnících podmínek prostředí.