Flywheel

Ο σφόνδυλος είναι ένας βαρύς δίσκος ή τροχός που συνδέεται με έναν περιστρεφόμενο άξονα. Οι σφόνδυλοι χρησιμοποιούνται για την αποθήκευση κινητικής ενέργειας. Η ορμή του σφονδύλου τον κάνει να μην αλλάζει εύκολα την ταχύτητα περιστροφής του. Εξαιτίας αυτού, οι σφόνδυλοι βοηθούν στη διατήρηση της περιστροφής του άξονα με την ίδια ταχύτητα. Αυτό βοηθά όταν η ροπή που ασκείται στον άξονα αλλάζει συχνά. Η ανομοιόμορφη ροπή μπορεί να αλλάξει την ταχύτητα περιστροφής. Επειδή ο σφόνδυλος αντιστέκεται στις αλλαγές της ταχύτητας, μειώνει τις επιπτώσεις της ανομοιόμορφης ροπής. Οι κινητήρες που χρησιμοποιούν έμβολα για την παροχή ισχύος έχουν συνήθως ανομοιόμορφη ροπή και χρησιμοποιούν σφονδύλους για να διορθώσουν αυτό το πρόβλημα.

Χρειάζεται ενέργεια για να περιστραφεί ένας τροχός (οποιοσδήποτε τροχός). Εάν υπάρχει μικρή τριβή (καλά ρουλεμάν), τότε θα συνεχίσει να περιστρέφεται για μεγάλο χρονικό διάστημα. Όταν απαιτείται ενέργεια, μπορεί να ληφθεί ξανά από τον τροχό. Πρόκειται λοιπόν για ένα απλό μηχανικό μέσο αποθήκευσης ενέργειας. Το ποσό της αποθηκευμένης ενέργειας είναι συνάρτηση του βάρους και της ταχύτητας περιστροφής - για να περιστραφεί ταχύτερα ένας βαρύτερος τροχός χρειάζεται περισσότερη ενέργεια. Ένας άλλος παράγοντας είναι η ακτίνα (μέγεθος), διότι όσο πιο μακριά από τον άξονα βρίσκεται ένα τμήμα του τροχού, τόσο περισσότερη ενέργεια χρειάζεται για να περιστραφεί. Αυτοί οι τρεις παράγοντες μπορούν να αναπαρασταθούν από το Μ (μάζα), ω {\displaystyle \omega } {\displaystyle \omega }(γωνιακή ταχύτητα) και R (ακτίνα). Συνδυάζοντας τις δύο παρακάτω εξισώσεις προκύπτει ω {\displaystyle \omega } {\displaystyle \omega }2MR2/4. Ένας ιπτάμενος τροχός δεν είναι ένας οποιοσδήποτε τροχός, αλλά ειδικά σχεδιασμένος για την αποθήκευση ενέργειας. Επομένως, πρέπει να είναι βαρύς ή/και να περιστρέφεται γρήγορα. Για παράδειγμα, ορισμένα λεωφορεία έχουν έναν ιπτάμενο τροχό που χρησιμοποιείται για το σταμάτημα και την εκκίνηση. Όταν το λεωφορείο σταματά (π.χ. για ένα φανάρι), ο ιπτάμενος τροχός συνδέεται με τους τροχούς, οπότε η περιστροφική ενέργεια μεταφέρεται σε αυτόν, οπότε το λεωφορείο θα επιβραδύνει ενώ ο ιπτάμενος τροχός επιταχύνει. Στη συνέχεια, όταν το λεωφορείο πρέπει να αρχίσει να κινείται ξανά, συνδέεται ξανά και η ενέργεια μεταφέρεται πίσω. Φυσικά, δεν θα θέλατε να κουβαλάτε έναν βαρύ τροχό σε ένα λεωφορείο, γι' αυτό είναι κατασκευασμένος από ελαφρύτερο υλικό που αντέχει σε εξαιρετικά γρήγορη περιστροφή.

Σφόνδυλος με ακτίνεςZoom
Σφόνδυλος με ακτίνες

Απλός σφόνδυλος σε κίνηση. Κατασκευάστηκε με βάση τα σχέδια του Λεονάρντο ντα Βίντσι.Zoom
Απλός σφόνδυλος σε κίνηση. Κατασκευάστηκε με βάση τα σχέδια του Λεονάρντο ντα Βίντσι.

Μαθηματικά των σφονδύλων

Η κινητική ενέργεια ενός περιστρεφόμενου σφονδύλου είναι

E = 1 2 I ω 2 {\displaystyle E={\frac {1}{2}}I\omega ^{2}} {\displaystyle E={\frac {1}{2}}I\omega ^{2}}

Όπου η ροπή αδράνειας της κεντρικής μάζας είναι ίση με

I = 1 2 M R 2 {\displaystyle I={\frac {1}{2}}MR^{2}}} {\displaystyle I={\frac {1}{2}}MR^{2}}

όπου I {\displaystyle I}I είναι η ροπή αδράνειας της μάζας γύρω από το κέντρο περιστροφής και ω {\displaystyle \omega } {\displaystyle \omega }(ωμέγα) είναι η γωνιακή ταχύτητα σε μονάδες ακτίνιο.

Ιστορία

Ο σφόνδυλος χρησιμοποιείται από την αρχαιότητα, με πιο συνηθισμένο παραδοσιακό παράδειγμα τον τροχό του αγγειοπλάστη. Κατά τη Βιομηχανική Επανάσταση, ο James Watt συνέβαλε στην ανάπτυξη του σφονδύλου στην ατμομηχανή και ο σύγχρονος του James Pickard χρησιμοποίησε σφόνδυλο.

Άλλες έννοιες

Στον κόσμο των επιχειρηματικών κεφαλαίων, ο όρος "σφόνδυλος" χρησιμοποιείται για να αντιπροσωπεύσει την επαναλαμβανόμενη καρδιά μιας επιχείρησης που παράγει περιθώρια κέρδους.

Ερωτήσεις και απαντήσεις

Q: Τι είναι ο σφόνδυλος;


A: Ο σφόνδυλος είναι ένας βαρύς δίσκος ή τροχός που είναι προσαρτημένος σε έναν περιστρεφόμενο άξονα. Χρησιμοποιείται για την αποθήκευση κινητικής ενέργειας και βοηθάει να διατηρείται ο άξονας σε περιστροφή με την ίδια ταχύτητα αντιστεκόμενος στις αλλαγές της ταχύτητας λόγω ανομοιόμορφης ροπής.

Ερ: Πώς αποθηκεύει ενέργεια ένας σφόνδυλος;


Α: Ένας σφόνδυλος αποθηκεύει ενέργεια λαμβάνοντας την από τον τροχό όταν αυτός περιστρέφεται και στη συνέχεια απελευθερώνοντάς την ξανά όταν απαιτείται ενέργεια. Το ποσό της αποθηκευμένης ενέργειας εξαρτάται από τη μάζα, τη γωνιακή ταχύτητα και την ακτίνα του.

Ερ: Ποιες είναι ορισμένες εφαρμογές των σφονδύλων;


Α: Οι σφονδύλιοι χρησιμοποιούνται σε κινητήρες που χρησιμοποιούν έμβολα για την παροχή ισχύος, καθώς βοηθούν στην επίλυση του προβλήματος της ανομοιόμορφης ροπής που αλλάζει την ταχύτητα περιστροφής. Χρησιμοποιούνται επίσης σε λεωφορεία για το σταμάτημα και την εκκίνηση, όπου η περιστροφική ενέργεια από τους τροχούς μεταφέρεται στον σφόνδυλο ώστε να μπορεί να επιβραδύνει ενώ επιταχύνει.

Ερ: Ποιοι παράγοντες επηρεάζουν το πόση ενέργεια μπορεί να αποθηκεύσει ένας σφόνδυλος;


Α: Η ποσότητα ενέργειας που αποθηκεύεται σε έναν σφόνδυλο εξαρτάται από τη μάζα, τη γωνιακή ταχύτητα και την ακτίνα του. Τα βαρύτερα βάρη με μεγαλύτερες ταχύτητες απαιτούν περισσότερη ενέργεια για την περιστροφή τους από ό,τι τα ελαφρύτερα βάρη με μικρότερες ταχύτητες.

Ερ: Όλοι οι τροχοί θεωρούνται "σφόνδυλοι";


Α: Όχι, δεν θεωρούνται όλοι οι τροχοί "σφόνδυλοι". Οι σφόνδυλοι είναι ειδικά σχεδιασμένοι για την αποθήκευση κινητικής ενέργειας και πρέπει να είναι βαριοί ή να περιστρέφονται γρήγορα για να το κάνουν αυτό αποτελεσματικά.

Ε: Πώς χρησιμοποιεί ένα λεωφορείο έναν σφόνδυλο;


Α: Τα λεωφορεία χρησιμοποιούν σφονδύλους συνδέοντάς τους με τους τροχούς τους όταν σταματούν (π.χ. στα φανάρια). Με τον τρόπο αυτό μεταφέρεται περιστροφική ενέργεια από τους τροχούς στον σφόνδυλο, ώστε να μπορεί να επιβραδύνει ενώ επιταχύνει ξανά όταν ξεκινάει ξανά αργότερα.

AlegsaOnline.com - 2020 / 2023 - License CC3