Что такое радиальная сила?

Технически радиальная сила — это любая сила, действующая по прямой линии. В физике он часто используется для описания влияния, оказываемого перпендикулярно — под прямым углом — к центральной линии или оси объекта, движущегося по орбитальному пути. Проще говоря, мяч, качающийся по дуге на конце нити, будет испытывать эту силу, удерживая струну натянутой. Несколько других предсказуемых сил действуют в разных направлениях, чтобы шарик вращался по дуге, но радиальная сила отвечает за то, чтобы он удалялся от руки, держащей струну.

Хотя точное происхождение и природа радиальных сил очень сложны, их можно увидеть в действии во многих повседневных процессах, таких как биты электроинструментов, вращающиеся автомобильные шины и подшипники. В механической обработке эта сила объясняется как воздействие, отталкивающее режущий инструмент от обрабатываемой поверхности. Правильный расчет характеристик радиальной силы является важным шагом в проектировании инструментов и других объектов с вращающимися частями.

Что делает радиальная сила?

Радиальные силы являются важным компонентом процесса, который удерживает любой объект, движущийся по круговой орбите. Когда известная масса (например, мяч) вращается по кругу на заданном расстоянии (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 ровную орбитальную траекторию — круг или эллипс. Без действия этой силы путь был бы хаотичным и непредсказуемым.

Это верно для всех объектов на орбите, независимо от того, прикреплены они физически к центру или нет. Свободный шарик, вращающийся внутри ведра, также прижимается к внутренней стенке контейнера радиальной силой. Радиальные силы, например, также отвечают за удержание шарика рулетки у края прорези колеса, когда колесо вращается.

Почему важны радиальные силы?

Точный расчет радиальных сил является важным фактором при проектировании всего, что имеет орбитальное движение. Например, точное определение степени этой переменной играет важную роль в общей эффективности, безопасности и сроке службы оборудования. Это также позволяет дизайнерам определять практические ограничения для любого данного элемента.

Например, подшипники широко используются во многих типах оборудования для поддержки, направления и уменьшения трения при движении между неподвижными и движущимися частями машины. Они часто подвергаются воздействию радиальных сил, которые создают внутренние напряжения в материале, которые могут привести к износу и возможному выходу из строя, если сила и связанные с ней напряжения станут чрезмерными. Подшипники должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживать нагрузки, которые на них регулярно воздействуют. По этой причине существуют типы подшипников, специально разработанные и рассчитанные на механические применения с высокими радиальными усилиями.

Другим примером этого явления в действии является сила, которой подвергается режущий инструмент, когда он удаляет материал с поверхности заготовки. Сила действует на инструмент, отталкивая его от разрезаемой детали. Величина силы, действующей на режущее устройство, будет зависеть от особенностей самого инструмента и свойств обрабатываемого материала. Если инструмент плохо сконструирован и испытывает чрезмерное радиальное усилие, это может сильно затруднить вдавливание режущей кромки в заготовку, что приведет к некачественным результатам или даже к потенциальной травме оператора, когда инструмент отталкивается.

Изменение радиальной силы

Вариант этого явления возникает, когда импульс движущегося объекта изменяется или развивается во время работы. Известный как изменение радиальной силы, его можно проиллюстрировать на примере автомобильной шины. На шину будет воздействовать радиальная сила в направлении, перпендикулярном оси колеса, которое, если бы шина была идеально круглой, а поверхность дороги идеально гладкой, оставалась бы неизменной при вращении колеса. Однако это не так, поэтому радиальная сила, действующая на шину, изменяется при каждом ее вращении. Это создает проблемы для разработчиков при проектировании оборудования, поскольку оно должно обеспечивать безопасную работу в постоянно меняющихся условиях окружающей среды.