Co to jest siła promieniowa?
Technicznie siła promieniowa to każda siła działająca w linii prostej. W fizyce jest często używany do opisania wpływu wywieranego prostopadle - pod kątem prostym - na linię środkową lub oś obiektu poruszającego się po ścieżce orbity. Mówiąc prościej, kula zawieszona w łuku na końcu długości struny doświadczy tej siły, utrzymując naciąg struny. Kilka innych przewidywalnych sił działa w różnych kierunkach, aby kulka obracała się przez łuk, ale siła promieniowa jest odpowiedzialna za utrzymywanie jej ruchu od ręki trzymającej sznurek.
Chociaż dokładne pochodzenie i charakter sił promieniowych są bardzo skomplikowane, można je zobaczyć w pracy w wielu codziennych procesach, takich jak końcówki elektronarzędzi, obracające się opony samochodowe i łożyska. Podczas obróbki siłę tę tłumaczy się jako wpływ, który odsuwa narzędzie tnące od ciętej powierzchni. Prawidłowe obliczenie specyfiki siły promieniowej jest kluczowym krokiem w projektowaniu narzędzi i innych obiektów z obracającymi się częściami.
Co robi siła promieniowa?
Siły promieniowe są ważnym składnikiem procesu, który utrzymuje dowolny obiekt poruszający się po orbicie kołowej. Kiedy znana masa (np. Kula) wiruje w kółko na ustaloną odległość (promień) od punktu środkowego ze stałą prędkością, siła promieniowa wypycha masę na zewnątrz, od środka. Siła utrzymuje masę wirującą w tej samej odległości od punktu środkowego, utrzymując równą ścieżkę orbitalną - okrąg lub elipsę. Bez działania tej siły ścieżka byłaby nierówna i nieprzewidywalna.
Dotyczy to wszystkich obiektów na orbicie, niezależnie od tego, czy są fizycznie przymocowane do centrum, czy nie. Luźna kula wirowana wokół wnętrza wiadra jest również dociskana do wewnętrznej ściany pojemnika przez siłę promieniową. Na przykład siły promieniowe są również odpowiedzialne za utrzymywanie kulki ruletki na krawędzi rowka koła, podczas gdy koło się obraca.
Dlaczego siły promieniowe są ważne?
Dokładne obliczenie sił promieniowych jest krytycznym czynnikiem uwzględniającym wszystko, co cechuje się ruchem orbitalnym. Dokładne ustalenie zakresu tej zmiennej odgrywa na przykład istotną rolę w ogólnej wydajności, bezpieczeństwie i żywotności danego urządzenia. Pozwala także projektantom ustalić, jakie będą praktyczne ograniczenia dla danego elementu.
Na przykład łożyska są szeroko stosowane w różnego rodzaju urządzeniach do wspierania, prowadzenia i zmniejszania tarcia ruchu między stałymi i ruchomymi częściami maszyny. Często są one narażone na siły promieniowe, które powodują wewnętrzne naprężenia materiału, które mogą powodować zużycie i ewentualne uszkodzenie, jeśli siła i powiązane naprężenia staną się nadmierne. Łożyska muszą być wystarczająco mocne, aby wytrzymać ciśnienia, które są do nich regularnie wywierane. Z tego powodu istnieją typy łożysk zaprojektowane i ocenione specjalnie do zastosowań mechanicznych o dużych siłach promieniowych.
Innym przykładem tego zjawiska w pracy jest siła, na jaką działa narzędzie tnące podczas usuwania materiału z powierzchni przedmiotu obrabianego. Siła działa na narzędzie, aby odepchnąć je od ciętego elementu. Siła działająca na urządzenie tnące będzie zależeć od cech samego narzędzia i właściwości obrabianego materiału. Jeśli narzędzie jest źle zaprojektowane i działa z nadmierną siłą promieniową, może to bardzo utrudnić wepchnięcie krawędzi tnącej w element, czego skutkiem są niespełniające normy wyniki, a nawet potencjalnie zranienie operatora podczas odsunięcia narzędzia.
Zmiana siły promieniowej
Odmiana tego zjawiska występuje, gdy pęd poruszającego się obiektu zmienia się lub ewoluuje podczas pracy. Znany jako zmiana siły promieniowej, można to zilustrować na przykładzie opony samochodowej. Opona będzie odczuwać siłę promieniową w kierunku prostopadłym do osi koła, która, gdyby opona była idealnie okrągła, a powierzchnia drogi idealnie gładka, pozostałaby taka sama podczas obracania się koła. Tak jednak nie jest, więc siła promieniowa wywierana na oponę zmienia się za każdym razem, gdy się obraca. Stawia to przed projektantami wyzwania przy projektowaniu sprzętu, ponieważ musi on być w stanie bezpiecznie pracować w ciągle zmieniających się warunkach otoczenia.