Qu'est-ce que la force radiale?
Techniquement, une force radiale est une force qui agit en ligne droite. En physique, il est souvent utilisé pour décrire l'influence exercée perpendiculairement - à angle droit - sur l'axe ou l'axe d'un objet se déplaçant sur un trajet orbital. En termes simples, une balle balancée en arc de cercle au bout d’une ficelle subira cette force, ce qui maintiendra la corde tendue. Plusieurs autres forces prévisibles agissent dans différentes directions pour maintenir la balle en rotation dans l’arc, mais la force radiale l’empêche de s’éloigner de la main qui tient la corde.
Bien que les origines et la nature exactes des forces radiales soient très complexes, elles peuvent être utilisées dans de nombreux processus quotidiens, tels que les outils électriques, les pneus de voiture en rotation et les roulements. En usinage, cette force s’explique par l’influence qui éloigne l’outil de coupe de la surface à couper. Le calcul correct des spécificités de force radiale est une étape cruciale dans la conception d'outils et d'autres objets comportant des pièces en rotation.
Que fait la force radiale?
Les forces radiales sont une composante importante du processus permettant à tout objet de voyager sur une orbite circulaire. Lorsqu'une masse connue (telle qu'une balle) tourne en cercle sur une distance déterminée (le rayon) du point central à une vitesse constante, la force radiale éloigne la masse du centre. La force maintient la masse en rotation à la même distance du centre, en maintenant une trajectoire orbitale uniforme - un cercle ou une ellipse. Sans l'action de cette force, le chemin serait erratique et imprévisible.
Cela est vrai de tous les objets en orbite, qu'ils soient physiquement attachés au centre ou non. Une balle lâche qui tourne autour de l'intérieur d'un seau est également forcée contre la paroi interne du conteneur par une force radiale. Les forces radiales sont, par exemple, également responsables de maintenir une boule de roulette contre le bord de la fente lorsque la roue tourne.
Pourquoi les forces radiales sont-elles importantes?
Le calcul précis des forces radiales est une considération critique de la conception de tout ce qui présente un mouvement orbital. L'établissement précis de l'ampleur de cette variable joue un rôle majeur dans l'efficacité globale, la sécurité et la durée de vie d'un équipement, par exemple. Cela permet également aux concepteurs de déterminer quelles seront les limitations pratiques pour un article donné.
Par exemple, les roulements sont largement utilisés dans de nombreux types d'équipements pour supporter, guider et réduire le frottement de mouvement entre des pièces de machine fixes et mobiles. Ils sont souvent exposés à des forces radiales générant des contraintes internes sur les matériaux pouvant entraîner une usure et une défaillance éventuelle si la force et les contraintes associées deviennent excessives. Les roulements doivent être suffisamment solides pour résister aux pressions qui leur sont appliquées régulièrement. Pour cette raison, il existe des types de roulements spécialement conçus et conçus pour les applications mécaniques à forces radiales élevées.
Un autre exemple de ce phénomène au travail est la force à laquelle un outil de coupe est soumis lorsqu'il enlève du matériau de la surface d'une pièce. La force agit sur l'outil pour l'éloigner de la pièce à couper. La quantité de force agissant sur le dispositif de coupe dépendra des caractéristiques de l'outil lui-même et des propriétés du matériau à usiner. Si l'outil est mal conçu et qu'il subit une force radiale excessive, il peut s'avérer très difficile de pousser le tranchant dans la pièce, ce qui pourrait entraîner des résultats inférieurs aux normes ou même potentiellement blesser l'opérateur lorsque l'outil est chassé.
Variation de force radiale
Une variation de ce phénomène se produit lorsque la quantité de mouvement de l'objet en déplacement change ou évolue pendant le fonctionnement. Connu sous le nom de variation de la force radiale, il peut être illustré à l'aide d'un exemple de pneu d'automobile. Le pneu subira une force radiale perpendiculaire à l'essieu de la roue qui, si le pneu était parfaitement rond et la surface de la route parfaitement lisse, resterait identique pendant la rotation de la roue. Ce n'est cependant pas le cas, de sorte que la force radiale exercée sur le pneu change à chaque rotation. Cela pose des problèmes aux concepteurs lors de la conception d'équipements, car ceux-ci doivent pouvoir fonctionner en toute sécurité dans des conditions environnementales en constante évolution.