¿Qué es la fuerza radial?
Técnicamente, una fuerza radial es cualquier fuerza que actúa en línea recta. En física, a menudo se usa para describir la influencia ejercida perpendicularmente, en ángulo recto, a la línea central, o eje, de un objeto que viaja en una trayectoria orbital. En pocas palabras, una bola que se balancea en un arco al final de una longitud de cuerda experimentará esta fuerza, manteniendo la cuerda tensa. Varias otras fuerzas predecibles trabajan en diferentes direcciones para mantener la bola girando a través del arco, pero la fuerza radial es responsable de mantenerla alejándose de la mano que sostiene la cuerda.
Aunque los orígenes y la naturaleza exactos de las fuerzas radiales son muy complicados, se pueden ver en el trabajo en muchos procesos cotidianos, como en las brocas de herramientas eléctricas, neumáticos rotativos de automóviles y rodamientos. En el mecanizado, esta fuerza se explica como la influencia que empuja una herramienta de corte lejos de la superficie a cortar. Calcular correctamente los detalles de la fuerza radial es un paso crítico en el diseño de herramientas y otros objetos con piezas giratorias.
¿Qué hace la fuerza radial?
Las fuerzas radiales son un componente importante del proceso que mantiene a cualquier objeto viajando en una órbita circular. Cuando una masa conocida (como una bola) gira en un círculo a una distancia establecida (el radio) desde el punto central a una velocidad constante, la fuerza radial empuja la masa hacia afuera, alejándola del centro. La fuerza mantiene la masa girando a la misma distancia del punto central, manteniendo una trayectoria orbital uniforme: un círculo o una elipse. Sin la acción de esta fuerza, el camino sería errático e impredecible.
Esto es cierto para todos los objetos en órbita, ya sea que estén físicamente unidos al centro o no. Una bola suelta que gira alrededor del interior de un cubo también es forzada contra la pared interna del contenedor por una fuerza radial. Las fuerzas radiales son, por ejemplo, también responsables de mantener una bola de ruleta contra el borde de la ranura de la rueda mientras la rueda gira.
¿Por qué son importantes las fuerzas radiales?
El cálculo preciso de las fuerzas radiales es una consideración crítica de diseño de todo lo que presente movimiento orbital. Establecer con precisión el alcance de esta variable juega un papel importante en la eficiencia general, la seguridad y la vida útil de un equipo, por ejemplo. También permite a los diseñadores determinar cuáles serán las limitaciones prácticas para un artículo determinado.
Por ejemplo, los rodamientos se usan ampliamente en muchos tipos de equipos diferentes para soportar, guiar y reducir la fricción del movimiento entre las partes de la máquina fija y móvil. A menudo están expuestos a fuerzas radiales que crean tensiones internas del material que pueden resultar en desgaste y eventual falla si la fuerza y las tensiones relacionadas se vuelven excesivas. Los rodamientos deben ser lo suficientemente fuertes como para resistir las presiones que se les aplican regularmente. Por esta razón, hay tipos de rodamientos específicamente diseñados y clasificados para aplicaciones mecánicas que presentan altas fuerzas radiales.
Otro ejemplo de este fenómeno en el trabajo es la fuerza a la que está sujeta una herramienta de corte cuando retira material de la superficie de una pieza de trabajo. La fuerza actúa sobre la herramienta para alejarla de la pieza que se está cortando. La cantidad de fuerza que actúa sobre el dispositivo de corte dependerá de las características de la herramienta en sí y de las propiedades del material que se está mecanizando. Si la herramienta está mal diseñada y experimenta una fuerza radial excesiva, podría hacer que sea muy difícil empujar el filo hacia la pieza, lo que da como resultado resultados por debajo del estándar o incluso puede dañar al operador cuando la herramienta se aleja.
Variación de fuerza radial
Una variación de este fenómeno ocurre cuando el impulso del objeto que viaja cambia o evoluciona durante la operación. Conocido como variación de fuerza radial, puede ilustrarse usando el ejemplo de un neumático de automóvil. El neumático experimentará una fuerza radial en una dirección perpendicular al eje de la rueda que, si el neumático fuera perfectamente redondo y la superficie de la carretera perfectamente lisa, permanecería igual mientras la rueda gira. Sin embargo, este no es el caso, por lo que la fuerza radial ejercida sobre el neumático cambia cada vez que gira. Esto presenta desafíos a los diseñadores cuando diseñan equipos, porque deben ser capaces de operar de manera segura en condiciones ambientales en constante cambio.