O que é um ângulo de hélice?
Uma hélice é uma curva de inclinação constante que circula em torno de um eixo central, como uma escada em espiral. O ângulo da hélice é a tangente da curva em comparação com o eixo. As hélices são comuns na natureza e em dispositivos mecânicos. O ângulo da hélice determina muitas outras propriedades de uma hélice.
Os engenheiros mecânicos estão preocupados com o ângulo helicoidal de muitos de seus projetos. Parafusos e porcas roscados exibem um ângulo de hélice que determina a quantidade de mordida ou material novo que será recolhido pelo parafuso a cada volta. É necessária mais força para girar um dispositivo com um ângulo de hélice maior. Da mesma forma, um parafuso com um ângulo de hélice maior agarra mais firmemente.
Os transportadores de parafuso empregam hélices para transportar muitos materiais granulares ou do tipo pasta. Arquimedes, o filósofo grego antigo, é creditado com a invenção do transportador de parafuso. Ele usou um grande parafuso de madeira entalhada dentro de um tronco de árvore oca. Girando o parafuso, a água pode ser movida para cima para fins de irrigação.
Molas ilustram outra característica útil das hélices. Além da capacidade de transportar materiais e ligar materiais, as hélices armazenam energia em seu desenho geométrico que pode ser usado. A energia de um pula-pula, choques de automóveis ou molas de cama vem da compressão e subsequente expansão da bobina. O ângulo da hélice, assim como o material de construção, determina a força necessária para comprimir a mola.
Muitos exemplos de hélices são encontrados na biologia. A virada das gavinhas de uma planta de ervilha segue um ângulo fixo da hélice, embora o diâmetro da virada possa variar. Da mesma forma, conchas do mar e muitas outras conchas exibem um ângulo de hélice fixo. Alguns têm um diâmetro crescente a cada adição de crescimento, enquanto outros têm um diâmetro fixo, criando uma forma longa de tubo.
Talvez o exemplo mais famoso de hélice na natureza seja a dupla hélice da molécula de ácido nucleico desoxirribose (DNA). O DNA é a base molecular da genética. O ângulo único de dupla hélice é tão regular que a estrutura da molécula foi discernida usando técnicas de cristalografia.
Matematicamente, uma hélice é simplesmente o traço de um círculo com uma dimensão z crescente. As coordenadas cartesianas são dadas por: x = r cos t, y = r sin t, z = ct; onde r é o raio e 2 π c é o passo ou a distância vertical entre os loops. De acordo com o teorema de Lancret, se r / c = uma constante, a curva é uma hélice. Na prática, a matemática do design de parafusos é bastante complicada, pois muitos parâmetros estão envolvidos.