Что такое радиальная сила?

Технически, радиальная сила - это любая сила, действующая по прямой линии. В физике это часто используется для описания влияния, перпендикулярного - под прямым углом - к центральной линии или оси объекта, движущегося по орбитальной траектории. Проще говоря, шар, качающийся по дуге в конце длины струны, будет испытывать эту силу, сохраняя натяжение струны. Несколько других предсказуемых сил действуют в разных направлениях, чтобы удерживать шар, вращающийся по дуге, но радиальная сила отвечает за то, чтобы он двигался от руки, держащей струну.

Хотя точное происхождение и природа радиальных сил очень сложны, их можно увидеть при работе во многих повседневных процессах, таких как резцы электроинструментов, вращающиеся автомобильные шины и подшипники. В механической обработке это усилие объясняется как воздействие, которое отталкивает режущий инструмент от поверхности резки. Правильный расчет характеристик радиальной силы является критически важным шагом при проектировании инструментов и других объектов с вращающимися деталями.

Что делает радиальная сила?

Радиальные силы являются важным компонентом процесса, который удерживает любой объект, движущийся по круговой орбите. Когда известная масса (например, шарик) вращается по кругу на заданное расстояние (радиус) от центральной точки с постоянной скоростью, радиальная сила выталкивает массу наружу от центра. Сила удерживает массу, вращающуюся на одном и том же расстоянии от центральной точки, поддерживая равномерную траекторию орбиты - круг или эллипс. Без действия этой силы путь был бы беспорядочным и непредсказуемым.

Это верно для всех объектов на орбите, независимо от того, физически они прикреплены к центру или нет. Свободный шар, вращающийся вокруг внутренней части ковша, также прижимается радиальной стенкой к внутренней стенке контейнера. Радиальные силы, например, также ответственны за удержание шарика рулетки на краю прорези колеса, пока колесо вращается.

Почему радиальные силы важны?

Точный расчет радиальных сил является критическим расчетом для всего, что имеет орбитальное движение. Точное определение степени этой переменной играет главную роль, например, в общей эффективности, безопасности и сроке службы оборудования. Это также позволяет дизайнерам определить практические ограничения для любого конкретного элемента.

Например, подшипники широко используются во многих типах оборудования для поддержки, направления и уменьшения трения движения между неподвижными и движущимися частями машины. Они часто подвергаются воздействию радиальных сил, которые создают внутренние материальные напряжения, которые могут привести к износу и возможному разрушению, если сила и связанные с ней напряжения становятся чрезмерными. Подшипники должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживать давление, которое регулярно к ним прикладывается. По этой причине, существуют типы подшипников, специально разработанные и рассчитанные на механическое применение с высокими радиальными силами.

Другим примером этого явления в работе является сила, которой подвергается режущий инструмент, когда он удаляет материал с поверхности заготовки. Сила действует на инструмент, чтобы оттолкнуть его от разрезаемой детали. Величина силы, действующей на режущее устройство, будет зависеть от характеристик самого инструмента и свойств обрабатываемого материала. Если инструмент плохо сконструирован и испытывает чрезмерное радиальное усилие, это может затруднить вдавливание режущей кромки в деталь, что приведет к неудовлетворительным результатам или даже может нанести травму оператору, когда инструмент отодвинут.

Изменение радиальной силы

Изменение этого явления происходит, когда импульс движущегося объекта изменяется или развивается во время работы. Известный как изменение радиальной силы, он может быть проиллюстрирован на примере автомобильной шины. Шина будет испытывать радиальное усилие в направлении, перпендикулярном оси колеса, которое, если бы шина была идеально круглой, а поверхность дороги совершенно гладкой, оставалось бы неизменным при вращении колеса. Однако это не так, поэтому радиальная сила, действующая на шину, меняется каждый раз, когда она вращается. Это создает конструкторам проблемы при проектировании оборудования, поскольку оно должно быть в состоянии безопасно работать в постоянно меняющихся условиях окружающей среды.