Tehniski radiālais spēks ir jebkurš spēks, kas darbojas taisnā līnijā. Fizikā to bieži izmanto, lai aprakstītu ietekmi, kas perpendikulāri – taisnā leņķī – tiek iedarbināta uz orbītas ceļā pārvietojoša objekta centra līniju vai asi. Vienkārši sakot, bumbiņa, kas pagriezta lokā auklas garumā, piedzīvos šo spēku, saglabājot auklu saspringtu. Vairāki citi paredzami spēki darbojas dažādos virzienos, lai bumbiņa grieztos pa loku, bet radiālais spēks ir atbildīgs par tās noturēšanu prom no rokas, kas tur auklu.
Lai gan radiālo spēku precīza izcelsme un būtība ir ļoti sarežģīta, tos var redzēt daudzos ikdienas procesos, piemēram, elektroinstrumentu uzgaļos, rotējošās automašīnu riepās un gultņos. Apstrādē šis spēks tiek skaidrots kā ietekme, kas griež griezējinstrumentu prom no griežamās virsmas. Pareiza radiālā spēka specifikas aprēķināšana ir būtisks solis instrumentu un citu priekšmetu ar griežamām daļām projektēšanā.
Ko dara radiālais spēks?
Radiālie spēki ir svarīga procesa sastāvdaļa, kas nodrošina jebkuru objektu, kas pārvietojas apļveida orbītā. Kad zināma masa (piemēram, bumbiņa) griežas ap apli noteiktā attālumā (rādiusā) no centra punkta ar nemainīgu ātrumu, radiālais spēks izstumj masu prom no centra. Spēks nodrošina, ka masa griežas vienādā attālumā no centra punkta, saglabājot vienmērīgu orbītas ceļu – apli vai elipsi. Bez šī spēka darbības ceļš būtu neregulārs un neparedzams.
Tas attiecas uz visiem orbītā esošajiem objektiem neatkarīgi no tā, vai tie ir fiziski pievienoti centram vai nē. Ap kausa iekšpusi apgriezta vaļīga bumbiņa arī tiek piespiesta pret konteinera iekšējo sienu ar radiālu spēku. Radiālie spēki, piemēram, ir atbildīgi arī par ruletes bumbiņas noturēšanu pret riteņa slota malu, kamēr ritenis griežas.
Kāpēc radiālie spēki ir svarīgi?
Precīzs radiālo spēku aprēķins ir būtisks projektēšanas apsvērums visam, kam raksturīga orbitāla kustība. Piemēram, šī mainīgā lieluma precīzai noteikšanai ir liela nozīme, piemēram, iekārtas kopējā efektivitātē, drošībā un kalpošanas laikā. Tas arī ļauj dizaineriem noskaidrot, kādi praktiskie ierobežojumi būs jebkuram konkrētam priekšmetam.
Piemēram, gultņi tiek plaši izmantoti dažāda veida iekārtās, lai atbalstītu, vadītu un samazinātu kustības berzi starp fiksētajām un kustīgajām mašīnas daļām. Tie bieži tiek pakļauti radiāliem spēkiem, kas rada iekšēju materiāla spriegumu, kas var izraisīt nodilumu un iespējamo bojājumu, ja spēks un ar to saistītie spriegumi kļūst pārmērīgi. Gultņiem ir jābūt pietiekami spēcīgiem, lai tie izturētu spiedienu, kas uz tiem tiek regulāri pielikts. Šī iemesla dēļ ir gultņu veidi, kas īpaši izstrādāti un novērtēti mehāniskiem lietojumiem ar lieliem radiālajiem spēkiem.
Vēl viens šīs parādības piemērs darbā ir spēks, kas tiek pakļauts griezējinstrumentam, kad tas noņem materiālu no sagataves virsmas. Spēks iedarbojas uz instrumentu, lai to atstumtu no griežamā gabala. Spēka apjoms, kas iedarbojas uz griešanas ierīci, būs atkarīgs no paša instrumenta īpašībām un apstrādājamā materiāla īpašībām. Ja instruments ir slikti izstrādāts un tam tiek pielietots pārmērīgs radiālais spēks, tas var ļoti apgrūtināt griešanas malas iestumšanu gabalā, izraisot standartiem neatbilstošus rezultātus vai pat potenciāli ievainojot operatoru, kad instruments tiek atstumts.
Radiālā spēka variācija
Šīs parādības variācijas rodas, kad pārvietojošā objekta impulss mainās vai attīstās darbības laikā. Pazīstama kā radiālā spēka variācija, to var ilustrēt, izmantojot automašīnas riepas piemēru. Riepa piedzīvos radiālu spēku virzienā, kas ir perpendikulārs riteņa asij, kas, ja riepa būtu ideāli apaļa un ceļa segums ideāli gluds, paliktu tāds pats, kamēr ritenis griežas. Tomēr tas tā nav, tāpēc radiālais spēks, kas iedarbojas uz riepu, mainās katru reizi, kad tā griežas. Tas projektētājiem rada izaicinājumus iekārtu projektēšanas laikā, jo tai ir jāspēj droši darboties pastāvīgi mainīgos vides apstākļos.