Che cos'è un angolo di elica?

Un'elica è una curva a pendenza costante che ruota attorno ad un asse centrale, proprio come una scala a chiocciola. L'angolo dell'elica è la tangente della curva rispetto all'asse. Le eliche sono comuni in natura e nei dispositivi meccanici. L'angolo dell'elica determina molte altre proprietà di un'elica.

Gli ingegneri meccanici si occupano dell'angolo dell'elica di molti dei loro progetti. Le viti e i bulloni filettati mostrano un angolo dell'elica che determina la quantità di morso o nuovo materiale che verrà raccolto dalla vite ad ogni giro. È necessaria maggiore forza per ruotare un dispositivo con un angolo di elica maggiore. Allo stesso modo, una vite con un angolo dell'elica maggiore si terrà più saldamente.

I trasportatori a coclea impiegano eliche per trasportare molti materiali granulari o di tipo a pasta. Archimede, l'antico filosofo greco, ha il merito di aver inventato il trasportatore a coclea. Ha usato una grande vite da legno intagliata all'interno di un tronco d'albero scavato. Girando la vite, l'acqua potrebbe essere spostata in salita per scopi di irrigazione.

Le molle illustrano un'altra utile caratteristica delle eliche. Oltre alla capacità di trasportare materiali materni e leganti, le eliche immagazzinano energia nella loro progettazione geometrica che può essere utilizzata. L'energia di una pogo stick, degli shock automobilistici o delle molle del letto proviene dalla compressione e dalla successiva espansione della bobina. L'angolo dell'elica, così come il materiale di costruzione, determina la forza necessaria per comprimere la molla.

Molti esempi di eliche si trovano in biologia. La svolta dei viticci di una pianta di pisello segue un angolo di elica fisso, sebbene il diametro della svolta possa variare. Allo stesso modo, le conchiglie di conchiglie e molte altre conchiglie presentano un angolo di elica fisso. Alcuni hanno un diametro crescente ad ogni aggiunta di crescita, mentre altri hanno un diametro fisso che crea una lunga forma a tubo.

Forse l'esempio più famoso di eliche in natura è la doppia elica della molecola di acido nucleico desossiribosio (DNA). Il DNA è la base molecolare della genetica. L'esclusivo angolo a doppia elica è così regolare che la struttura della molecola è stata individuata usando tecniche di cristallografia.

Matematicamente, un'elica è semplicemente la traccia di un cerchio con una dimensione z crescente. Le coordinate cartesiane sono date da: x = r cos t, y = r sin t, z = ct; dove r è il raggio e 2 π c è il passo o la distanza verticale tra i loop. Secondo il teorema di Lancret, se r / c = una costante, la curva è un'elica. In pratica, la matematica della progettazione delle viti è piuttosto complicata, poiché sono coinvolti molti parametri.