Технически радиальная сила — это любая сила, действующая по прямой линии. В физике оно 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 мяч вращался 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 в действии во многих повседневных процессах, таких как биты электроинструментов, вращающиеся автомобильные шины и подшипники. В механической обработке эта сила объясняется как воздействие, которое отталкивает режущий инструмент от обрабатываемой поверхности. Правильный расчет характеристик радиальной силы является важным шагом в разработке инструментов и других объектов с вращающимися частями.
Радиальные силы являются важным компонентом процесса, благодаря которому любой объект движется 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, пока колесо вращается.
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 выяснить, какие практические ограничения будут 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.
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 действует радиальная сила в направлении, перпендикулярном оси колеса, которое, если шина были идеально круглыми, а дорожное покрытие идеально гладким, останутся такими же, пока вращается колесо. 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 быть способно безопасно работать в постоянно меняющихся условиях окружающей среды.