Wat is radiale kracht?

Technisch gezien is een radiale kracht elke kracht die in een rechte lijn werkt. In de natuurkunde wordt het vaak gebruikt om de invloed te beschrijven die loodrecht - in een rechte hoek - op de middellijn of as wordt uitgeoefend van een object dat zich in een baanbaan voortbeweegt. Simpel gezegd, een bal die in een boog wordt gezwaaid aan het einde van een stuk touw, zal deze kracht ervaren, waardoor het touw strak blijft staan. Verschillende andere voorspelbare krachten werken in verschillende richtingen om de bal door de boog te laten draaien, maar radiale kracht zorgt ervoor dat hij weg blijft van de hand die de snaar vasthoudt.

Hoewel de exacte oorsprong en aard van radiale krachten erg ingewikkeld zijn, kunnen ze worden gezien in veel alledaagse processen, zoals in bits voor elektrisch gereedschap, roterende autobanden en lagers. Bij machinale bewerking wordt deze kracht uitgelegd als de invloed die een snijgereedschap wegduwt van het te snijden oppervlak. Het correct berekenen van radiale krachtspecificaties is een cruciale stap in het ontwerp van gereedschappen en andere objecten met draaiende onderdelen.

Wat doet radiale kracht?

Radiale krachten zijn een belangrijk onderdeel van het proces dat elk object in een cirkelvormige baan houdt. Wanneer een bekende massa (zoals een bal) in een cirkel ronddraait op een bepaalde afstand (de straal) vanaf het middelpunt met een constante snelheid, duwt de radiale kracht de massa naar buiten, weg van het centrum. De kracht zorgt ervoor dat de massa op dezelfde afstand van het middelpunt blijft draaien, waardoor een gelijkmatig baanpad wordt behouden - een cirkel of een ellips. Zonder de actie van deze kracht zou het pad grillig en onvoorspelbaar zijn.

Dit geldt voor alle objecten in een baan om de aarde, of ze nu fysiek aan het centrum zijn bevestigd of niet. Een losse bal die rond de binnenkant van een emmer wordt gedraaid, wordt ook door een radiale kracht tegen de binnenwand van de container gedrukt. Radiale krachten zijn bijvoorbeeld ook verantwoordelijk om een ​​roulettebal tegen de rand van de wielgleuf te houden terwijl het wiel draait.

Waarom zijn radiale krachten belangrijk?

De nauwkeurige berekening van radiale krachten is een kritische overweging bij het ontwerpen van alles dat orbitale beweging vertoont. Het nauwkeurig vaststellen van de omvang van deze variabele speelt bijvoorbeeld een grote rol in de algehele efficiëntie, veiligheid en levensduur van een apparaat. Het stelt ontwerpers ook in staat om uit te zoeken wat de praktische beperkingen zijn voor een bepaald item.

Lagers worden bijvoorbeeld veel gebruikt in veel verschillende soorten apparatuur om de bewegingswrijving tussen vaste en bewegende machineonderdelen te ondersteunen, te geleiden en te verminderen. Ze worden vaak blootgesteld aan radiale krachten die interne materiaalspanningen veroorzaken die kunnen leiden tot slijtage en uiteindelijk falen als de kracht en gerelateerde spanningen buitensporig worden. De lagers moeten sterk genoeg zijn om bestand te zijn tegen de druk die er regelmatig op wordt uitgeoefend. Om deze reden zijn er soorten lagers die speciaal zijn ontworpen en beoordeeld voor mechanische toepassingen met hoge radiale krachten.

Een ander voorbeeld van dit fenomeen op het werk is de kracht waaraan een snijgereedschap wordt onderworpen wanneer het materiaal van het oppervlak van een werkstuk verwijdert. De kracht werkt op het gereedschap om het weg te duwen van het stuk dat wordt gesneden. De hoeveelheid kracht die op de snij-inrichting inwerkt, hangt af van de eigenschappen van het gereedschap zelf en de eigenschappen van het te bewerken materiaal. Als het gereedschap slecht is ontworpen en een buitensporige radiale kracht ondervindt, kan het erg moeilijk worden om de snijkant in het stuk te duwen, wat resulteert in ondermaatse resultaten of zelfs mogelijk letsel bij de gebruiker als het gereedschap wordt weggedrukt.

Variatie radiale kracht

Een variatie van dit fenomeen doet zich voor wanneer het momentum van het reizende object verandert of evolueert tijdens bedrijf. Dit staat bekend als radiale krachtvariatie en kan worden geïllustreerd aan de hand van het voorbeeld van een autoband. De band zal een radiale kracht ervaren in een richting loodrecht op de as van het wiel die, als de band perfect rond en het wegdek perfect glad zou zijn, hetzelfde zou blijven terwijl het wiel draait. Dit is echter niet het geval, dus de radiale kracht die op de band wordt uitgeoefend, verandert elke keer dat deze draait. Dit stelt ontwerpers voor uitdagingen bij het ontwerpen van apparatuur, omdat deze veilig moet kunnen werken onder voortdurend veranderende omgevingsomstandigheden.