Was ist Radialkraft?
Technisch gesehen ist eine Radialkraft jede Kraft, die in einer geraden Linie wirkt. In der Physik wird es häufig verwendet, um den Einfluss zu beschreiben, der senkrecht - im rechten Winkel - auf die Mittellinie oder Achse eines Objekts ausgeübt wird, das sich auf einer Umlaufbahn bewegt. Einfach gesagt, ein Ball, der in einem Bogen am Ende einer Saite geschwungen wird, erfährt diese Kraft und hält die Saite gespannt. Verschiedene andere vorhersehbare Kräfte wirken in verschiedene Richtungen, um den Ball im Bogen zu halten, aber die Radialkraft ist dafür verantwortlich, dass er sich nicht von der Hand wegbewegt, die die Saite hält.
Obwohl der genaue Ursprung und die Art der Radialkräfte sehr kompliziert sind, können sie in vielen alltäglichen Prozessen, wie zum Beispiel in Elektrowerkzeugen, rotierenden Autoreifen und Lagern, bei der Arbeit beobachtet werden. Bei der Bearbeitung wird diese Kraft als der Einfluss erklärt, der ein Schneidwerkzeug von der zu schneidenden Oberfläche wegdrückt. Die korrekte Berechnung der Radialkraftspezifikationen ist ein entscheidender Schritt bei der Konstruktion von Werkzeugen und anderen Objekten mit sich drehenden Teilen.
Was macht Radialkraft?
Radiale Kräfte sind ein wichtiger Bestandteil des Prozesses, der jedes Objekt in einer kreisförmigen Umlaufbahn hält. Wenn sich eine bekannte Masse (z. B. eine Kugel) mit konstanter Geschwindigkeit um einen festgelegten Abstand (den Radius) vom Mittelpunkt in einem Kreis dreht, drückt die Radialkraft die Masse vom Mittelpunkt weg. Die Kraft hält die Masse im gleichen Abstand vom Mittelpunkt und sorgt für eine gleichmäßige Umlaufbahn - einen Kreis oder eine Ellipse. Ohne die Einwirkung dieser Kraft wäre der Weg unberechenbar und unvorhersehbar.
Dies gilt für alle Objekte in der Umlaufbahn, unabhängig davon, ob sie physisch mit dem Zentrum verbunden sind oder nicht. Eine lose Kugel, die um die Innenseite eines Eimers geschleudert wird, wird ebenfalls durch eine radiale Kraft gegen die Innenwand des Behälters gedrückt. Radiale Kräfte sind beispielsweise auch dafür verantwortlich, dass eine Roulettekugel gegen die Kante des Radschlitzes gedrückt bleibt, während sich das Rad dreht.
Warum sind Radialkräfte wichtig?
Die genaue Berechnung der Radialkräfte ist eine kritische Konstruktionsüberlegung für alles, was eine Orbitalbewegung aufweist. Beispielsweise spielt die genaue Ermittlung des Umfangs dieser Variablen eine wichtige Rolle für die Gesamteffizienz, die Sicherheit und die Lebensdauer eines Geräts. Es ermöglicht den Designern auch, die praktischen Einschränkungen für einen bestimmten Artikel herauszufinden.
Beispielsweise werden Lager in vielen verschiedenen Arten von Geräten verwendet, um die Reibung der Bewegung zwischen festen und sich bewegenden Maschinenteilen zu unterstützen, zu führen und zu verringern. Sie sind häufig radialen Kräften ausgesetzt, die innere Materialspannungen erzeugen, die zu Verschleiß und schließlich zum Versagen führen können, wenn die Kraft und die damit verbundenen Spannungen übermäßig hoch werden. Die Lager müssen stark genug sein, um den regelmäßig auf sie einwirkenden Drücken standzuhalten. Aus diesem Grund gibt es Lagertypen, die speziell für mechanische Anwendungen mit hohen Radialkräften entwickelt und ausgelegt sind.
Ein weiteres Beispiel für dieses Phänomen bei der Arbeit ist die Kraft, der ein Schneidwerkzeug ausgesetzt ist, wenn es Material von der Oberfläche eines Werkstücks entfernt. Die Kraft wirkt auf das Werkzeug, um es vom zu schneidenden Teil wegzuschieben. Die auf die Schneidvorrichtung wirkende Kraft hängt von den Merkmalen des Werkzeugs selbst und den Eigenschaften des zu bearbeitenden Materials ab. Wenn das Werkzeug schlecht konstruiert ist und eine übermäßige Radialkraft erfährt, kann es sehr schwierig sein, die Schneidkante in das Werkstück zu drücken, was zu minderwertigen Ergebnissen führt oder sogar den Bediener verletzen kann, wenn das Werkzeug weggedrückt wird.
Variation der Radialkraft
Eine Variation dieses Phänomens tritt auf, wenn sich der Impuls des sich bewegenden Objekts während des Betriebs ändert oder entwickelt. Bekannt als Radialkraftvariation, kann dies am Beispiel eines Autoreifens veranschaulicht werden. Der Reifen erfährt eine Radialkraft in einer Richtung senkrecht zur Achse des Rades, die bei perfekt rundem Reifen und perfekt glatter Fahrbahn während der Drehung des Rades gleich bleibt. Dies ist jedoch nicht der Fall, sodass sich die auf den Reifen ausgeübte Radialkraft bei jeder Drehung ändert. Dies stellt Konstrukteure bei der Konstruktion von Geräten vor Herausforderungen, da sie unter sich ständig ändernden Umgebungsbedingungen sicher arbeiten müssen.