Teknisesti säteittäinen voima on mikä tahansa voima, joka toimii suorassa linjassa. Fysiikassa sitä käytetään usein kuvaamaan vaikutusta, joka kohdistuu kohtisuoraan – suorassa kulmassa – kiertoradalla kulkevan kohteen keskiviivaan tai akseliin. Yksinkertaisesti sanottuna pallo, joka heilutetaan kaaren sisään merkkijonon lopussa, kokee tämän voiman pitäen merkkijonon kireänä. Useat muut ennustettavat voimat toimivat eri suuntiin pitämään pallo pyörimässä kaaren läpi, mutta säteittäinen voima on vastuussa siitä, että pallo liikkuu pois jousesta pitävästä kädestä.
Vaikka säteittäisten voimien tarkka alkuperä ja luonne ovat hyvin monimutkaisia, ne näkyvät työssä monissa jokapäiväisissä prosesseissa, kuten sähkötyökalujen terissä, pyörivissä autonrenkaissa ja laakereissa. Koneistuksessa tämä voima selitetään vaikutuksena, joka työntää työkalun pois leikattavasta pinnasta. Säteittäisten voimaominaisuuksien oikea laskeminen on kriittinen askel työkalujen ja muiden pyörivillä osilla varustettujen esineiden suunnittelussa.
Mitä säteittäinen voima tekee?
Säteittäiset voimat ovat tärkeä osa prosessia, joka pitää minkä tahansa kohteen liikkuvan ympyrän kiertoradalla. Kun tunnettu massa (kuten pallo) pyörii ympyrän ympäri tietyn etäisyyden (säteen) keskipisteestä vakionopeudella, säteittäinen voima työntää massan ulos, pois keskustasta. Voima pitää massan pyörimässä samalla etäisyydellä keskipisteestä säilyttäen tasaisen kiertoradan – ympyrän tai ellipsin. Ilman tämän voiman toimintaa polku olisi arvaamaton ja arvaamaton.
Tämä pätee kaikkiin kiertoradalla oleviin kohteisiin riippumatta siitä, ovatko ne fyysisesti kiinni keskuksessa vai eivät. Kauhan sisäpuolen ympärille kehrätty löysä pallo pakotetaan säteittäisellä voimalla myös säiliön sisäseinää vasten. Esimerkiksi säteittäiset voimat ovat vastuussa myös rulettipallon pitämisestä pyörän loven reunaa vasten pyörän pyöriessä.
Miksi radiaalivoimat ovat tärkeitä?
Säteittäisten voimien tarkka laskeminen on kriittinen suunnitteluvaihe kaikelle, jolla on kiertoradan liike. Tämän muuttujan laajuuden tarkalla määrittämisellä on tärkeä rooli esimerkiksi laitteen kokonaistehokkuudessa, turvallisuudessa ja käyttöiässä. Sen avulla suunnittelijat voivat myös selvittää, mitä käytännön rajoituksia tietyllä tuotteella on.
Esimerkiksi laakereita käytetään laajalti monissa erityyppisissä laitteissa tukemaan, ohjaamaan ja vähentämään liikkeen kitkaa kiinteiden ja liikkuvien koneen osien välillä. Ne altistuvat usein säteittäisille voimille, jotka aiheuttavat sisäisiä materiaalijännityksiä, jotka voivat aiheuttaa kulumista ja mahdollisia vikoja, jos voima ja siihen liittyvät jännitykset muuttuvat liiallisiksi. Laakereiden on oltava riittävän vahvoja kestämään niihin säännöllisesti kohdistuva paine. Tästä syystä on olemassa laakerityyppejä, jotka on erityisesti suunniteltu ja mitoitettu mekaanisiin sovelluksiin ja joissa on suuria säteittäisiä voimia.
Toinen esimerkki tästä ilmiöstä työssä on voima, joka leikkuutyökaluun kohdistuu, kun se poistaa materiaalin työkappaleen pinnalta. Voima vaikuttaa työkaluun ja työntää sen pois leikattavasta kappaleesta. Leikkuulaitteeseen kohdistuvan voiman määrä riippuu työkalun ominaisuuksista ja työstettävän materiaalin ominaisuuksista. Jos työkalu on huonosti suunniteltu ja sillä on voimakas säteittäinen voima, se voi vaikeuttaa leikkuureunan työntämistä kappaleeseen, mikä voi johtaa epätasaisiin tuloksiin tai jopa vahingoittaa käyttäjää, kun työkalu pakotetaan pois.
Radiaalivoiman vaihtelu
Tämä ilmiö vaihtelee, kun liikkuvan kohteen liikevoima muuttuu tai kehittyy käytön aikana. Se tunnetaan säteittäisenä voiman vaihteluna, ja sitä voidaan havainnollistaa esimerkkinä autonrengas. Rengas kokee säteittäisen voiman pyörän akseliin nähden kohtisuorassa suunnassa, joka pysyisi samana pyörän pyöriessä, jos rengas olisi täysin pyöreä ja tienpinta täysin sileä. Näin ei kuitenkaan ole, joten renkaaseen kohdistuva säteittäinen voima muuttuu joka kerta, kun se pyörii. Tämä asettaa suunnittelijoille haasteita laitteiden suunnittelussa, koska niiden on kyettävä toimimaan turvallisesti jatkuvasti muuttuvissa ympäristöolosuhteissa.