Hvad er radial kraft?
Teknisk set er en radial kraft enhver kraft, der virker i en lige linje. I fysik bruges det ofte til at beskrive påvirkningen, der udøves vinkelret - i en ret vinkel - til centerlinjen eller aksen af et objekt, der kører i en orbitalsti. Kort sagt, en kugle, der svinges i en bue i slutningen af en længde af strengen, vil opleve denne kraft, hvilket holder strenget stram. Flere andre forudsigelige kræfter arbejder i forskellige retninger for at holde kuglen roterende gennem buen, men radial kraft er ansvarlig for at holde den bevæger sig væk fra hånden, der holder snoren.
Selvom den nøjagtige oprindelse og karakter af radiale kræfter er meget kompliceret, kan de ses på arbejdet i mange hverdagsprocesser, f.eks. I el-værktøjsbits, roterende bildæk og lejer. Ved bearbejdning forklares denne kraft som påvirkningen, der skubber et skæreværktøj væk fra overfladen, der skæres. Korrekt beregning af radialkraftspecifikationer er et kritisk trin i design af værktøjer og andre genstande med roterende dele.
Hvad gør radial kraft?
Radiale kræfter er en vigtig komponent i processen, der holder ethvert objekt i en cirkulær bane. Når en kendt masse (såsom en kugle) snurrer rundt i en cirkel en bestemt afstand (radius) fra midtpunktet med en konstant hastighed, skubber den radiale kraft massen ud, væk fra midten. Kraften holder massen, der roterer i samme afstand fra midtpunktet, og opretholder en jævn orbitalsti - en cirkel eller en ellipse. Uden denne styrkes handling ville stien være uberegnelig og uforudsigelig.
Dette gælder for alle objekter i kredsløb, uanset om de fysisk er knyttet til midten eller ikke. En løs kugle, der er spundet rundt om indersiden af en spand, tvinges også op mod beholderens indre væg ved hjælp af en radial kraft. Radialkræfter er for eksempel også ansvarlige for at holde en roulettekugle op mod kanten af hjulspalten, mens hjulet drejer.
Hvorfor er radiale kræfter vigtige?
Den nøjagtige beregning af radiale kræfter er en kritisk designovervejelse af alt, hvad der har orbitalbevægelse. Det nøjagtige at fastlægge omfanget af denne variabel spiller en stor rolle i den samlede effektivitet, sikkerhed og levetid for et udstyr, for eksempel. Det giver også designere mulighed for at finde ud af, hvad de praktiske begrænsninger vil være for en given vare.
For eksempel bruges lejer i vid udstrækning i mange forskellige typer udstyr til at understøtte, styre og reducere bevægelsesfriktion mellem faste og bevægelige maskindele. De udsættes ofte for radiale kræfter, der skaber indre materielle spændinger, der kan resultere i slid og eventuelt svigt, hvis kraften og relaterede spændinger bliver for høje. Lejerne skal være stærke nok til at holde op under det pres, der regelmæssigt påføres dem. Af denne grund er der typer af lejer, der er specielt designet og klassificeret til mekaniske applikationer med høje radiale kræfter.
Et andet eksempel på dette fænomen på arbejdet er den kraft, et skæreværktøj udsættes for, når det fjerner materiale fra overfladen af et arbejdsemne. Kraften virker på værktøjet for at skubbe det væk fra det stykke, der skæres. Mængden af kraft, der virker på skæreindretningen, vil afhænge af funktionerne i selve værktøjet og egenskaberne for det materiale, der bearbejdes. Hvis værktøjet er dårligt designet og oplever en overdreven radial kraft, kan det gøre det meget vanskeligt at skubbe skærekanten ind i emnet, hvilket resulterer i undernormale resultater eller endda muligvis skade operatøren, når værktøjet tvinges væk.
Variation af radial kraft
En variation af dette fænomen forekommer, når det bevægelige objekts momentum ændres eller udvikles under drift. Kendt som radial kraftvariation kan det illustreres ved hjælp af eksemplet på et bildæk. Dækket oplever en radial kraft i en retning vinkelret på hjulets aksel, som, hvis dækket var perfekt rundt og vejoverfladen perfekt glat, ville forblive det samme, mens hjulet roterer. Dette er imidlertid ikke tilfældet, så den radiale kraft, der udøves på dækket, ændres hver gang det roterer. Dette giver designere udfordringer, når de designer udstyr, fordi det skal kunne fungere sikkert under konstant skiftende miljøforhold.