O que é força radial?
Tecnicamente, uma força radial é qualquer força que atua em linha reta. Na física, é frequentemente usado para descrever a influência exercida perpendicular - em ângulo reto - à linha central, ou eixo, de um objeto que viaja em um caminho orbital. Simplificando, uma bola girada em um arco no final de um pedaço de corda experimentará essa força, mantendo a corda esticada. Várias outras forças previsíveis trabalham em direções diferentes para manter a bola girando através do arco, mas a força radial é responsável por mantê-la afastada da mão que segura a corda.
Embora as origens exatas e a natureza das forças radiais sejam muito complicadas, elas podem ser vistas em ação em muitos processos cotidianos, como em brocas de ferramentas elétricas, pneus de carro em rotação e rolamentos. Na usinagem, essa força é explicada como a influência que afasta uma ferramenta de corte da superfície que está sendo cortada. O cálculo correto das especificações de força radial é uma etapa crítica no projeto de ferramentas e outros objetos com peças giratórias.
O que a força radial faz?
As forças radiais são um componente importante do processo que mantém qualquer objeto viajando em uma órbita circular. Quando uma massa conhecida (como uma bola) gira em um círculo a uma distância definida (o raio) do ponto central a uma velocidade constante, a força radial empurra a massa para fora, para longe do centro. A força mantém a massa girando à mesma distância do ponto central, mantendo um caminho orbital uniforme - um círculo ou uma elipse. Sem a ação dessa força, o caminho seria errático e imprevisível.
Isso é verdade para todos os objetos em órbita, estejam eles fisicamente conectados ao centro ou não. Uma bola solta girada em torno do interior de um balde também é forçada contra a parede interna do recipiente por uma força radial. As forças radiais são, por exemplo, também responsáveis por manter uma bola de roleta contra a borda do slot da roda enquanto a roda gira.
Por que as forças radiais são importantes?
O cálculo preciso das forças radiais é uma consideração crítica do projeto de qualquer coisa que possua movimento orbital. O estabelecimento exato da extensão dessa variável desempenha um papel importante na eficiência geral, segurança e vida útil de um equipamento, por exemplo. Ele também permite que os designers calculem quais serão as limitações práticas para qualquer item.
Por exemplo, os rolamentos são amplamente utilizados em diversos tipos de equipamentos para apoiar, guiar e reduzir o atrito de movimento entre as peças fixas e móveis da máquina. Eles são frequentemente expostos a forças radiais que criam tensões internas de material que podem resultar em desgaste e eventual falha se a força e tensões relacionadas se tornarem excessivas. Os rolamentos precisam ser fortes o suficiente para suportar as pressões que são aplicadas regularmente a eles. Por esse motivo, existem tipos de rolamentos projetados e classificados especificamente para aplicações mecânicas com altas forças radiais.
Outro exemplo desse fenômeno no trabalho é a força à qual uma ferramenta de corte é submetida ao remover material da superfície de uma peça de trabalho. A força atua sobre a ferramenta para afastá-la da peça que está sendo cortada. A quantidade de força que atua no dispositivo de corte dependerá das características da própria ferramenta e das propriedades do material que está sendo usinado. Se a ferramenta for mal projetada e sofrer uma força radial excessiva, poderá ser muito difícil empurrar a aresta de corte para dentro da peça, resultando em resultados abaixo do padrão ou até mesmo ferindo potencialmente o operador quando a ferramenta for afastada.
Variação da força radial
Uma variação desse fenômeno ocorre quando o momento do objeto de viagem muda ou evolui durante a operação. Conhecida como variação da força radial, pode ser ilustrada usando o exemplo de um pneu de automóvel. O pneu experimentará uma força radial em uma direção perpendicular ao eixo da roda que, se o pneu fosse perfeitamente redondo e a superfície da estrada perfeitamente lisa, permaneceria a mesma enquanto a roda gira. Porém, esse não é o caso, portanto a força radial exercida sobre o pneu muda toda vez que ele gira. Isso apresenta aos projetistas desafios ao projetar equipamentos, porque eles devem poder operar com segurança sob condições ambientais em constante mudança.