Vad är en helixvinkel?

En spiral är en kurva med konstant lutning som cirklar runt en centralaxel, ungefär som en spiraltrappa. Helixvinkeln är kurvens tangent jämfört med axeln. Helices är vanliga till sin natur och i mekaniska anordningar. Helixvinkeln bestämmer många andra egenskaper hos en helix.

Maskiningenjörer är bekymrade över helixvinkeln för många av deras konstruktioner. Gängade skruvar och bultar visar en spiralvinkel som avgör hur mycket bit eller nytt material som kommer att samlas in av skruven med varje varv. Mer kraft krävs för att vrida en enhet med större spiralvinkel. På samma sätt kommer en skruv med en större spiralvinkel att hålla tätare.

Skruvtransportörer använder spiraler för att transportera många granulära eller pasta-typmaterial. Archimedes, den forntida grekiska filosofen, krediteras att uppfinna skruvtransportören. Han använde en stor snidad träskruv inuti en ihålig trädstam. Genom att vrida skruven kan vatten flyttas uppåt för bevattning.

Fjädrar illustrerar en annan användbar egenskap hos helices. Förutom förmågan att transportera mater och binda material lagrar helices energi i sin geometriska design som kan användas. Energin från en pogo-pinne, bilchocker eller sängfjädrar kommer från kompression och efterföljande expansion av spolen. Spiralvinkeln liksom konstruktionsmaterialet bestämmer kraften som krävs för att komprimera fjädern.

Många exempel på helices finns i biologin. Svängen på en ärtplantas kvistar följer en fast spiralvinkel, även om diametern på svängen kan variera. Likaså uppvisar snäckskal och många andra skal en fast spiralvinkel. Vissa har en ökande diameter med varje tillväxttillskott, medan andra har en fast diameter som skapar en lång rörform.

Det kanske mest kända exemplet på helikser i naturen är den dubbla spiralen av deoxiribosnukleinsyramolekylen (DNA). DNA är den molekylära grunden för genetik. Den unika dubbla spiralvinkeln är så regelbunden att molekylens struktur upptäcktes med kristallografitekniker.

Matematiskt är en spiral helt enkelt spåret till en cirkel med en ökande z-dimension. De kartesiska koordinaterna ges av: x = r cos t, y = r sin t, z = ct; där r är radien och 2 π c är tonhöjden eller vertikala avståndet mellan slingor. Enligt Lancretes sats, om r / c = en konstant, är kurvan en spiral. I praktiken är matematiken för skruvdesign ganska komplicerad, eftersom många parametrar är involverade.