Qu'est-ce que la force radiale ?

Techniquement, une force radiale est toute force qui agit en ligne droite. En physique, il est souvent utilisé pour décrire l'influence exercée perpendiculairement - à angle droit - à la ligne centrale, ou axe, d'un objet se déplaçant sur une trajectoire orbitale. En termes simples, une balle balancée en arc de cercle à l'extrémité d'une longueur de corde subira cette force, gardant la corde tendue. Plusieurs autres forces prévisibles agissent dans différentes directions pour maintenir la balle en rotation dans l'arc, mais la force radiale est responsable de son éloignement de la main tenant la corde.

Bien que les origines exactes et la nature des forces radiales soient très compliquées, elles peuvent être observées à l'œuvre dans de nombreux processus quotidiens, tels que les outils électriques, les pneus de voiture en rotation et les roulements. En usinage, cette force s'explique comme l'influence qui éloigne un outil de coupe de la surface à couper. Le calcul correct des spécificités de la force radiale est une étape critique dans la conception d'outils et d'autres objets avec des pièces tournantes.

Que fait la force radiale ?

Les forces radiales sont un élément important du processus qui maintient tout objet se déplaçant sur une orbite circulaire. Lorsqu'une masse connue (comme une balle) tourne autour d'un cercle à une distance définie (le rayon) du point central à une vitesse constante, la force radiale pousse la masse vers l'extérieur, loin du centre. La force maintient la masse en rotation à la même distance du point central, en maintenant une trajectoire orbitale uniforme - un cercle ou une ellipse. Sans l'action de cette force, le chemin serait erratique et imprévisible.

Cela est vrai de tous les objets en orbite, qu'ils soient physiquement attachés au centre ou non. Une balle lâche tournée autour de l'intérieur d'un seau est également forcée contre la paroi interne du conteneur par une force radiale. Les forces radiales sont, par exemple, également responsables du maintien d'une boule de roulette contre le bord de la fente de la roue pendant que la roue tourne.

Pourquoi les forces radiales sont-elles importantes ?

Le calcul précis des forces radiales est une considération de conception critique pour tout ce qui présente un mouvement orbital. L'établissement précis de l'étendue de cette variable joue un rôle majeur dans l'efficacité globale, la sécurité et la durée de vie d'un équipement, par exemple. Cela permet également aux concepteurs de déterminer quelles seront les limites pratiques pour un article donné.

Par exemple, les roulements sont largement utilisés dans de nombreux types d'équipements différents pour supporter, guider et réduire le frottement du mouvement entre les pièces fixes et mobiles de la machine. Ils sont souvent exposés à des forces radiales qui créent des contraintes internes sur le matériau pouvant entraîner une usure et une éventuelle défaillance si la force et les contraintes associées deviennent excessives. Les roulements doivent être suffisamment solides pour résister aux pressions qui leur sont régulièrement appliquées. Pour cette raison, il existe des types de roulements spécifiquement conçus et évalués pour les applications mécaniques avec des forces radiales élevées.

Un autre exemple de ce phénomène à l'œuvre est la force à laquelle un outil de coupe est soumis lorsqu'il enlève de la matière de la surface d'une pièce à usiner. La force agit sur l'outil pour le repousser de la pièce à couper. La quantité de force agissant sur le dispositif de coupe dépendra des caractéristiques de l'outil lui-même et des propriétés du matériau usiné. Si l'outil est mal conçu et subit une force radiale excessive, il peut être très difficile de pousser l'arête de coupe dans la pièce, ce qui entraîne des résultats inférieurs aux normes ou même des blessures potentielles pour l'opérateur lorsque l'outil est repoussé.

Variation de la force radiale

Une variation de ce phénomène se produit lorsque la quantité de mouvement de l'objet en déplacement change ou évolue pendant le fonctionnement. Connue sous le nom de variation d'effort radial, elle peut être illustrée à l'aide de l'exemple d'un pneu automobile. Le pneu subira une force radiale dans une direction perpendiculaire à l'axe de la roue qui, si le pneu était parfaitement rond et la surface de la route parfaitement lisse, resterait la même pendant que la roue tourne. Ce n'est pas le cas, cependant, la force radiale exercée sur le pneu change à chaque rotation. Cela pose aux concepteurs des défis lors de la conception de l'équipement, car il doit pouvoir fonctionner en toute sécurité dans des conditions environnementales en constante évolution.