Tekniskt sett är en radiell kraft vilken kraft som helst som verkar i en rät linje. Inom fysiken används det ofta för att beskriva påverkan som utövas vinkelrätt – i rät vinkel – mot mittlinjen, eller axeln, för ett objekt som färdas i en omloppsbana. Enkelt uttryckt kommer en boll som svängs i en båge i slutet av en stränglängd att uppleva denna kraft och hålla strängen spänd. Flera andra förutsägbara krafter arbetar i olika riktningar för att hålla bollen roterande genom bågen, men radiell kraft är ansvarig för att hålla den i rörelse bort från handen som håller i snöret.
Även om det exakta ursprunget och naturen hos radiella krafter är mycket komplicerade, kan de ses i arbete i många vardagliga processer, såsom i elverktygsbits, roterande bildäck och lager. Vid bearbetning förklaras denna kraft som den påverkan som trycker bort ett skärverktyg från ytan som skärs. Korrekt beräkning av radiella kraftspecifikationer är ett kritiskt steg i utformningen av verktyg och andra föremål med snurrande delar.
Vad gör radiell kraft?
Radiella krafter är en viktig komponent i processen som håller alla föremål i en cirkulär bana. När en känd massa (som en boll) snurrar runt i en cirkel ett visst avstånd (radien) från mittpunkten med konstant hastighet, trycker den radiella kraften massan ut, bort från centrum. Kraften håller massan snurrande på samma avstånd från mittpunkten och upprätthåller en jämn omloppsbana – en cirkel eller en ellips. Utan inverkan av denna kraft skulle vägen vara oberäknelig och oförutsägbar.
Detta gäller för alla objekt i omloppsbana oavsett om de är fysiskt fästa vid mitten eller inte. En lös kula som snurras runt insidan av en hink tvingas också upp mot behållarens innervägg av en radiell kraft. Radiella krafter är till exempel också ansvariga för att hålla en roulettekula uppe mot kanten av hjulspåret medan hjulet snurrar.
Varför är radiella krafter viktiga?
Den exakta beräkningen av radiella krafter är ett kritiskt konstruktionsövervägande för allt som har orbital rörelse. Att noggrant fastställa omfattningen av denna variabel spelar en stor roll för den totala effektiviteten, säkerheten och livslängden för en utrustning, till exempel. Det tillåter också designers att räkna ut vad de praktiska begränsningarna kommer att vara för ett visst föremål.
Till exempel används lager i stor utsträckning i många olika typer av utrustning för att stödja, styra och minska rörelsefriktionen mellan fasta och rörliga maskindelar. De utsätts ofta för radiella krafter som skapar inre materialspänningar som kan resultera i slitage och eventuellt brott om kraften och relaterade spänningar blir för stora. Lagren måste vara tillräckligt starka för att hålla sig under det tryck som regelbundet utsätts för dem. Av denna anledning finns det typer av lager speciellt utformade och klassade för mekaniska applikationer med höga radiella krafter.
Ett annat exempel på detta fenomen i arbetet är kraften ett skärverktyg utsätts för när det tar bort material från ytan på ett arbetsstycke. Kraften verkar på verktyget för att trycka bort det från det stycke som skärs. Mängden kraft som verkar på skäranordningen kommer att bero på egenskaperna hos själva verktyget och egenskaperna hos materialet som bearbetas. Om verktyget är dåligt konstruerat och utsätts för en överdriven radiell kraft, kan det göra det mycket svårt att trycka in skäreggen i stycket, vilket resulterar i undermåliga resultat eller till och med potentiellt skada operatören när verktyget tvingas bort.
Radiell kraftvariation
En variation av detta fenomen uppstår när det rörliga objektets rörelsemängd förändras eller utvecklas under drift. Känd som radiell kraftvariation, kan den illustreras med exemplet med ett bildäck. Däcket kommer att uppleva en radiell kraft i en riktning vinkelrät mot hjulets axel som, om däcket var perfekt runt och vägytan perfekt slät, skulle förbli densamma medan hjulet roterar. Detta är dock inte fallet, så den radiella kraften som utövas på däcket ändras varje gång det roterar. Detta ställer konstruktörer inför utmaningar när de designar utrustning, eftersom den måste kunna fungera säkert under ständigt föränderliga miljöförhållanden.