Cos'è la forza radiale?
Tecnicamente, una forza radiale è qualsiasi forza che agisce in linea retta. In fisica, è spesso usato per descrivere l'influenza esercitata perpendicolarmente - ad angolo retto - sulla linea centrale o sull'asse di un oggetto che viaggia lungo un percorso orbitale. In parole povere, una palla oscillata in un arco alla fine di una lunghezza di corda sperimenterà questa forza, mantenendo la corda tesa. Diverse altre forze prevedibili lavorano in direzioni diverse per mantenere la palla in rotazione attraverso l'arco, ma la forza radiale è responsabile del suo allontanamento dalla mano che tiene la corda.
Sebbene le origini esatte e la natura delle forze radiali siano molto complicate, possono essere viste al lavoro in molti processi quotidiani, come punte di utensili elettrici, pneumatici di automobili rotanti e cuscinetti. Nella lavorazione, questa forza viene spiegata come l'influenza che spinge uno strumento di taglio lontano dalla superficie da tagliare. Il corretto calcolo delle specifiche della forza radiale è un passaggio fondamentale nella progettazione di strumenti e altri oggetti con parti rotanti.
Cosa fa la forza radiale?
Le forze radiali sono una componente importante del processo che mantiene qualsiasi oggetto viaggiando in un'orbita circolare. Quando una massa nota (come una palla) gira in circolo a una distanza prestabilita (il raggio) dal punto centrale a una velocità costante, la forza radiale spinge la massa fuori, lontano dal centro. La forza mantiene la massa che gira alla stessa distanza dal punto centrale, mantenendo un percorso orbitale uniforme - un cerchio o un'ellisse. Senza l'azione di questa forza, il percorso sarebbe irregolare e imprevedibile.
Questo vale per tutti gli oggetti in orbita, indipendentemente dal fatto che siano fisicamente attaccati al centro o meno. Una sfera libera ruotata all'interno di un secchio viene anche forzata contro una parete radiale contro la parete interna del contenitore. Le forze radiali sono, ad esempio, anche responsabili di mantenere una pallina della roulette contro il bordo della scanalatura della ruota mentre la ruota gira.
Perché sono importanti le forze radiali?
Il calcolo accurato delle forze radiali è una considerazione di progettazione critica di tutto ciò che presenta il movimento orbitale. Stabilire con precisione l'estensione di questa variabile gioca un ruolo importante nell'efficienza complessiva, sicurezza e durata di un pezzo di equipaggiamento, per esempio. Inoltre, consente ai progettisti di capire quali saranno le limitazioni pratiche per un determinato articolo.
Ad esempio, i cuscinetti sono ampiamente utilizzati in molti tipi diversi di apparecchiature per supportare, guidare e ridurre l'attrito del movimento tra le parti fisse e mobili della macchina. Sono spesso esposti a forze radiali che creano stress materiali interni che possono provocare usura ed eventuali guasti se la forza e le relative sollecitazioni diventano eccessive. I cuscinetti devono essere sufficientemente robusti da resistere alle pressioni che vengono regolarmente applicate ad essi. Per questo motivo, esistono tipi di cuscinetti appositamente progettati e classificati per applicazioni meccaniche con elevate forze radiali.
Un altro esempio di questo fenomeno sul lavoro è la forza a cui viene sottoposto un utensile da taglio quando rimuove il materiale dalla superficie di un pezzo da lavorare. La forza agisce sull'utensile per allontanarlo dal pezzo da tagliare. La quantità di forza che agisce sul dispositivo di taglio dipenderà dalle caratteristiche dell'utensile stesso e dalle proprietà del materiale da lavorare. Se l'utensile è mal progettato e presenta un'eccessiva forza radiale, potrebbe rendere molto difficile spingere il tagliente nel pezzo, con conseguenti risultati scadenti o addirittura ferire l'operatore quando l'utensile viene costretto ad allontanarsi.
Variazione della forza radiale
Una variazione di questo fenomeno si verifica quando lo slancio dell'oggetto in movimento cambia o si evolve durante il funzionamento. Conosciuta come variazione di forza radiale, può essere illustrata usando l'esempio di un pneumatico per automobili. Il pneumatico sperimenterà una forza radiale in una direzione perpendicolare all'asse della ruota che, se il pneumatico fosse perfettamente rotondo e la superficie della strada perfettamente liscia, rimarrebbe la stessa mentre la ruota gira. Questo non è il caso, tuttavia, quindi la forza radiale esercitata sullo pneumatico cambia ogni volta che ruota. Ciò rappresenta una sfida per i progettisti nella progettazione di attrezzature, perché deve essere in grado di operare in sicurezza in condizioni ambientali in costante cambiamento.