Qual è la velocità critica?
Si dice che un oggetto raggiunga la velocità critica quando la velocità della sua rotazione corrisponde a una delle sue frequenze naturali. La velocità critica è studiata in un ramo della fisica noto come rotordynamics, che si occupa di movimento rotazionale o angolare. Un oggetto rotante, come un'elica o una pompa centrifuga, deve spesso passare attraverso una o più delle sue velocità critiche mentre accelera o decelera. Durante il funzionamento a velocità critica, questi oggetti vibrano ad alta ampiezza, che possono causare danni.
Tutti gli oggetti composti da un materiale elastico hanno una o più frequenze naturali. La frequenza naturale di un oggetto è il numero di volte in cui si muoverà avanti e indietro una volta che sarà messo in moto. Quando un oggetto sta vibrando a una delle sue frequenze naturali, si dice che abbia una risonanza o un'ampiezza vibrazionale di grandi dimensioni. In uno strumento musicale, ad esempio, questa risonanza è desiderabile perché provoca un'amplificazione naturale del suono dello strumento. In Rotordynamics, HoweveR, questa risonanza è indesiderabile perché i pezzi meccanici coinvolti vibrano fortemente, il che può danneggiare il sistema.
Ci sono un numero di stimoli che possono causare risonanza, uno dei quali è il movimento di rotazione. Quando il movimento rotazionale di un oggetto, chiamato anche velocità angolare, provoca risonanza, è a velocità critica. Gli oggetti meccanici rotanti devono essere progettati per passare rapidamente attraverso queste velocità critiche, quindi la vibrazione amplificata che si verifica a questa velocità non provoca danni.
Una pompa centrifuga o un'elica si muoverà attraverso diverse velocità angolari mentre accelera o decelera. Mentre un sistema in movimento come questo avrà naturalmente alcune vibrazioni, le vibrazioni amplificate alla velocità critica devono essere evitate o passate rapidamente se il sistema deve resistere nel tempo. La rotordinamica è quindi molto preoccupata di risolvere le varie velocità criticheCiò può influire sulla vita di una macchina rotante.
La frequenza di rotazione più bassa che fa vibrare un oggetto a una delle sue frequenze naturali è nota come prima velocità critica. Un oggetto può avere un numero infinito di velocità critiche, ma la velocità critica più importante che gli ingegneri possano considerare è il primo. Alcuni oggetti rotanti sono progettati per funzionare al di sotto della loro prima velocità critica, ma molti ruotano sopra questa velocità. Finché la velocità di rotazione passa rapidamente attraverso la velocità critica, ciò non dovrebbe avere un effetto significativo sulla vita della macchina rotante. Possono verificarsi problemi, tuttavia, se un oggetto è progettato per ruotare alla sua velocità critica, poiché le vibrazioni risultanti potrebbero causare la rottura della macchina.