Wat is radiale kracht?
Technisch gezien is een radiale kracht elke kracht die in een rechte lijn werkt. In de natuurkunde wordt het vaak gebruikt om de invloed te beschrijven die loodrecht wordt uitgeoefend - onder een rechte hoek - op de middellijn of as van een object dat zich in een baan rond de baan verplaatst. Simpel gezegd, een bal die aan het einde van een snaar in een boog wordt gezwaaid, zal deze kracht ervaren en de snaar strak houden. Verschillende andere voorspelbare krachten werken in verschillende richtingen om de bal door de boog te laten draaien, maar radiale kracht is verantwoordelijk voor het weghouden van de hand die de snaar vasthoudt.
Hoewel de exacte oorsprong en aard van radiale krachten erg gecompliceerd zijn, kunnen ze aan het werk worden gezien in veel dagelijkse processen, zoals in bits van elektrisch gereedschap, roterende autobanden en lagers. Bij het bewerken wordt deze kracht verklaard als de invloed die een snijgereedschap van het te zagen oppervlak duwt. Het correct berekenen van radiale krachtspecificaties is een cruciale stap in het ontwerp van gereedschappen en andere objecten met draaiende delen.
Wat doet radiale kracht?
Radiale krachten zijn een belangrijk onderdeel van het proces dat elk object in een cirkelvormige baan houdt. Wanneer een bekende massa (zoals een bal) op een ingestelde afstand (de straal) met een constante snelheid in een cirkel ronddraait, duwt de radiale kracht de massa naar buiten, weg van het midden. De kracht houdt de massa op dezelfde afstand van het middelpunt draaiend, waardoor een gelijkmatig baanpad wordt behouden - een cirkel of een ellips. Zonder de actie van deze kracht zou het pad grillig en onvoorspelbaar zijn.
Dit geldt voor alle objecten in een baan, of ze nu fysiek aan het midden zijn bevestigd of niet. Een losse bal die rond de binnenkant van een emmer is gesponnen, wordt ook door een radiale kracht tegen de binnenwand van de container gedrukt. Radiale krachten zijn bijvoorbeeld ook verantwoordelijk voor het omhoog houden van een roulettebal tegen de rand van de wielgleuf terwijl het wiel draait.
Waarom zijn radiale krachten belangrijk?
De nauwkeurige berekening van radiale krachten is een kritieke ontwerpoverweging voor alles dat orbitale beweging vertoont. Het nauwkeurig vaststellen van de omvang van deze variabele speelt bijvoorbeeld een belangrijke rol in de algehele efficiëntie, veiligheid en levensduur van een apparaat. Het stelt ontwerpers ook in staat om uit te werken wat de praktische beperkingen voor een bepaald item zullen zijn.
Lagers worden bijvoorbeeld op grote schaal gebruikt in veel verschillende soorten apparatuur om de wrijving van beweging tussen vaste en bewegende machinedelen te ondersteunen, geleiden en verminderen. Ze worden vaak blootgesteld aan radiale krachten die interne materiaalspanningen veroorzaken die kunnen leiden tot slijtage en uiteindelijk falen als de kracht en bijbehorende spanningen buitensporig worden. De lagers moeten sterk genoeg zijn om bestand te zijn tegen de druk die er regelmatig op wordt uitgeoefend. Om deze reden zijn er soorten lagers die specifiek zijn ontworpen en beoordeeld voor mechanische toepassingen met hoge radiale krachten.
Een ander voorbeeld van dit fenomeen op het werk is de kracht waaraan een snijgereedschap wordt blootgesteld wanneer het materiaal van het oppervlak van een werkstuk verwijdert. De kracht werkt op het gereedschap om het weg te duwen van het stuk dat wordt gesneden. De hoeveelheid kracht die op de snij-inrichting werkt, hangt af van de kenmerken van het gereedschap zelf en de eigenschappen van het te bewerken materiaal. Als het gereedschap slecht is ontworpen en een buitensporige radiale kracht ondervindt, kan het erg moeilijk zijn om de snijkant in het stuk te duwen, wat resulteert in sub-standaard resultaten of zelfs de gebruiker kan verwonden als het gereedschap wordt weggedrukt.
Radiale krachtvariatie
Een variatie op dit fenomeen doet zich voor wanneer het momentum van het bewegende object tijdens bedrijf verandert of evolueert. Bekend als radiale krachtvariatie, kan het worden geïllustreerd met behulp van het voorbeeld van een autoband. De band zal een radiale kracht ervaren in een richting loodrecht op de as van het wiel die, als de band perfect rond was en het wegdek perfect glad, hetzelfde zou blijven terwijl het wiel roteert. Dit is echter niet het geval, dus de radiale kracht die op de band wordt uitgeoefend, verandert elke keer dat deze draait. Dit stelt ontwerpers voor uitdagingen bij het ontwerpen van apparatuur, omdat het veilig moet kunnen werken onder voortdurend veranderende omgevingsomstandigheden.