Co je kritická rychlost?
O objektu se říká, že dosahuje kritické rychlosti, když rychlost jeho rotace odpovídá jedné z jeho přirozených frekvencí. Kritická rychlost je studována v oboru fyziky známém jako rotordynamika, který se zabývá rotačním nebo úhlovým pohybem. Rotující předmět, jako je vrtule nebo odstředivé čerpadlo, musí často zrychlovat nebo zpomalovat prostřednictvím jedné nebo více svých kritických rychlostí. Při provozu kritickou rychlostí tyto objekty vibrují ve velké amplitudě, což může způsobit poškození.
Všechny objekty, které jsou složeny z elastického materiálu, mají jednu nebo více přirozených frekvencí. Přirozená frekvence objektu je kolikrát se bude pohybovat tam a zpět, jakmile je uveden do pohybu. Když objekt vibruje na jedné ze svých přirozených frekvencí, říká se, že má rezonanci nebo velkou vibrační amplitudu. Například v hudebním nástroji je tato rezonance žádoucí, protože způsobuje přirozené zesílení zvuku nástroje. V rotordynamice je však tato rezonance nežádoucí, protože způsobuje silné vibrace mechanických součástí, které mohou systém poškodit.
Existuje celá řada podnětů, které mohou způsobit rezonanci, jedním z nich je rotační pohyb. Když rotační pohyb objektu, také nazývaný úhlová rychlost, způsobí rezonanci, je kritickou rychlostí. Rotující mechanické objekty musí být navrženy tak, aby rychle procházely těmito kritickými rychlostmi, aby zesílené vibrace, ke kterým dochází při této rychlosti, neměly za následek poškození.
Odstředivé čerpadlo nebo vrtule se budou při zrychlování nebo zpomalování pohybovat různými úhlovými rychlostmi. Zatímco pohybující se systém, jako je tento, bude přirozeně vykazovat určité vibrace, je třeba se vyhnout zesíleným vibracím při kritické rychlosti nebo rychle projít, pokud má systém v průběhu času držet. Rotordynamika se tedy velmi zabývá řešením různých kritických rychlostí, které mohou ovlivnit životnost rotujícího stroje.
Nejnižší rotační frekvence, která způsobuje vibraci objektu při jedné z jeho přirozených frekvencí, se nazývá první kritická rychlost. Objekt může mít nekonečný počet kritických rychlostí, ale nejdůležitější kritická rychlost, kterou musí inženýři zvážit, je první. Některé rotující objekty jsou navrženy tak, aby fungovaly pod jejich první kritickou rychlostí, ale mnoho se točí nad touto rychlostí. Pokud rychlost otáčení rychle prochází kritickou rychlostí, nemělo by to mít významný vliv na životnost rotujícího stroje. Problémy však mohou nastat, pokud je objekt navržen tak, aby se otáčel kritickou rychlostí, protože výsledné vibrace by mohly způsobit poškození stroje.