¿Qué es la fuerza radial?

Técnicamente, una fuerza radial es cualquier fuerza que actúa en línea recta. En física, a menudo se usa para describir la influencia ejercida perpendicularmente, en ángulo recto, a la línea central o eje de un objeto que viaja en una trayectoria orbital. En pocas palabras, una pelota que se balancea en un arco al final de una cuerda experimentará esta fuerza, manteniendo la cuerda tensa. Varias otras fuerzas predecibles trabajan en diferentes direcciones para mantener la bola girando a través del arco, pero la fuerza radial es responsable de mantenerla alejada de la mano que sostiene la cuerda.

Aunque los orígenes exactos y la naturaleza de las fuerzas radiales son muy complicados, se pueden ver en funcionamiento en muchos procesos cotidianos, como en brocas de herramientas eléctricas, ruedas giratorias de automóviles y cojinetes. En el mecanizado, esta fuerza se explica como la influencia que empuja una herramienta de corte lejos de la superficie que se está cortando. Calcular correctamente las especificaciones de la fuerza radial es un paso fundamental en el diseño de herramientas y otros objetos con piezas giratorias.

¿Qué hace la fuerza radial?

Las fuerzas radiales son un componente importante del proceso que mantiene a cualquier objeto en movimiento en una órbita circular. Cuando una masa conocida (como una pelota) gira en un círculo a una distancia determinada (el radio) del punto central a una velocidad constante, la fuerza radial empuja la masa hacia afuera, lejos del centro. La fuerza mantiene la masa girando a la misma distancia del punto central, manteniendo una trayectoria orbital uniforme:un círculo o una elipse. Sin la acción de esta fuerza, el camino sería errático e impredecible.

Esto es cierto para todos los objetos en órbita, ya sea que estén físicamente unidos al centro o no. Una bola suelta que gira alrededor del interior de un balde también es forzada contra la pared interior del recipiente por una fuerza radial. Las fuerzas radiales, por ejemplo, también son responsables de mantener una bola de ruleta contra el borde de la ranura de la rueda mientras la rueda gira.

¿Por qué son importantes las fuerzas radiales?

El cálculo preciso de las fuerzas radiales es una consideración crítica de diseño de todo lo que presenta movimiento orbital. Establecer con precisión el alcance de esta variable juega un papel importante en la eficiencia general, la seguridad y la vida útil de un equipo, por ejemplo. También permite a los diseñadores determinar cuáles serán las limitaciones prácticas de un artículo determinado.

Por ejemplo, los cojinetes se usan ampliamente en muchos tipos diferentes de equipos para soportar, guiar y reducir la fricción del movimiento entre las partes fijas y móviles de la máquina. A menudo están expuestos a fuerzas radiales que crean tensiones internas en el material que pueden provocar desgaste y fallas eventuales si la fuerza y ​​las tensiones relacionadas se vuelven excesivas. Los cojinetes deben ser lo suficientemente fuertes como para soportar las presiones que se les aplican regularmente. Por esta razón, existen tipos de rodamientos específicamente diseñados y clasificados para aplicaciones mecánicas que presentan fuerzas radiales elevadas.

Otro ejemplo de este fenómeno en el trabajo es la fuerza a la que se somete una herramienta de corte cuando elimina material de la superficie de una pieza de trabajo. La fuerza actúa sobre la herramienta para alejarla de la pieza que se está cortando. La cantidad de fuerza que actúa sobre el dispositivo de corte dependerá de las características de la propia herramienta y de las propiedades del material que se está mecanizando. Si la herramienta está mal diseñada y experimenta una fuerza radial excesiva, podría resultar muy difícil empujar el borde de corte hacia la pieza, lo que daría como resultado resultados inferiores a los estándares o incluso lesiones potenciales al operador cuando la herramienta es forzada.

Variación de fuerza radial

Una variación de este fenómeno ocurre cuando el impulso del objeto que viaja cambia o evoluciona durante la operación. Conocida como variación de la fuerza radial, se puede ilustrar con el ejemplo de un neumático de automóvil. La llanta experimentará una fuerza radial en una dirección perpendicular al eje de la rueda que, si la llanta fuera perfectamente redonda y la superficie del camino perfectamente lisa, permanecería igual mientras gira la rueda. Sin embargo, este no es el caso, por lo que la fuerza radial ejercida sobre el neumático cambia cada vez que gira. Esto presenta desafíos a los diseñadores cuando diseñan equipos, ya que deben poder operar de manera segura en condiciones ambientales en constante cambio.