Volant

Autor: Leandro Alegsa

17-05-2021

O volantă este un disc sau o roată grea care este atașată la un arbore rotativ. Volantele sunt utilizate pentru stocarea energiei cinetice. Din cauza impulsului, volantul nu-și schimbă ușor viteza de rotație. Din acest motiv, volanele ajută la menținerea rotației arborelui la aceeași viteză. Acest lucru ajută atunci când cuplul aplicat arborelui se schimbă des. Un cuplu inegal poate schimba viteza de rotație. Deoarece volantul rezistă la schimbările de viteză, acesta diminuează efectele cuplului neuniform. Motoarele care folosesc pistoane pentru a furniza putere au de obicei cuplu inegal și folosesc volane pentru a rezolva această problemă.

Este nevoie de energie pentru ca o roată (orice roată) să se rotească. Dacă există puțină frecare (rulmenți buni), atunci aceasta se va roti mult timp. Atunci când este nevoie de energie, aceasta poate fi luată din nou de la roată. Așadar, este un mijloc mecanic simplu de stocare a energiei. Cantitatea de energie stocată este în funcție de greutate și de viteza de rotație - pentru a face o roată mai grea să se rotească mai repede este nevoie de mai multă energie. Un alt factor este raza (dimensiunea), deoarece cu cât o parte a roții este mai îndepărtată de axă, cu atât este nevoie de mai multă energie pentru a o face să se rotească. Acești trei factori pot fi reprezentați prin M (masa), ω {\displaystyle \omega } $\omega$ (viteza unghiulară) și R (raza). Combinând cele două ecuații de mai jos se obține ω {\displaystyle \omega } $\omega$ ^2MR2/4. O roată zburătoare nu este o roată oarecare, ci este special concepută pentru a stoca energie. Prin urmare, trebuie să fie greu și/sau să se rotească rapid. De exemplu, unele autobuze au o roată zburătoare care este utilizată pentru oprire și pornire. Atunci când autobuzul se oprește (de exemplu, pentru un semafor), roata zburătoare este conectată la roți, astfel încât energia de rotație este transferată către aceasta, astfel încât autobuzul va încetini în timp ce roata zburătoare accelerează. Apoi, atunci când autobuzul trebuie să pornească din nou la drum, acesta este conectat din nou și energia este transferată înapoi. Bineînțeles, nu ați dori să cărați o roată grea în autobuz, așa că aceasta este fabricată dintr-un material mai ușor care poate rezista la o rotație extrem de rapidă.

Volant simplu în mișcare. Construit pe baza desenelor lui Leonardo da Vinci

Matematica volanților

Energia cinetică a unui volant în rotație este

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

În cazul în care momentul de inerție al masei centrale este egal cu

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

unde I {\displaystyle I} este momentul de inerție al masei în jurul centrului de rotație și ω {\displaystyle \omega } $\omega$ (omega) este viteza unghiulară în unități radianice.

Istoric

Volantul a fost folosit încă din antichitate, cel mai comun exemplu tradițional fiind roata olarului. În timpul Revoluției industriale, James Watt a contribuit la dezvoltarea volantului în motorul cu aburi, iar contemporanul său James Pickard a folosit un volant.

Alte semnificații

În lumea capitalului de risc, termenul "volant" este folosit pentru a reprezenta inima recurentă, generatoare de marje, a unei afaceri.

Întrebări și răspunsuri

Î: Ce este un volant?

R: O volantă este un disc sau o roată grea care este atașată la un arbore rotativ. Este utilizat pentru stocarea energiei cinetice și ajută la menținerea arborelui în rotație la aceeași viteză, rezistând la schimbările de viteză datorate cuplului inegal.

Î: Cum stochează energia o volantă?

R: Un volant stochează energia prin preluarea acesteia de la roată atunci când aceasta se rotește, iar apoi o eliberează din nou atunci când este nevoie de energie. Cantitatea de energie stocată depinde de masa, viteza unghiulară și raza sa.

Î: Care sunt unele aplicații ale volanților?

R: Volantele sunt utilizate în motoarele care utilizează pistoane pentru a furniza energie, deoarece ajută la rezolvarea problemei cuplului inegal care modifică viteza de rotație. De asemenea, acestea sunt utilizate în autobuze pentru oprire și pornire, unde energia de rotație de la roți este transferată la volant, astfel încât acesta să poată încetini în timp ce accelerează.

Î: Ce factori afectează cantitatea de energie pe care o poate stoca un volant de inerție?

R: Cantitatea de energie stocată într-un volant depinde de masa, viteza unghiulară și raza acestuia. Greutățile mai grele cu viteze mai rapide necesită mai multă energie pentru a le roti decât greutățile mai ușoare cu viteze mai lente.

Î: Toate roțile sunt considerate "volane"?

R: Nu, nu toate roțile sunt considerate "volane". Volantele sunt special concepute pentru a stoca energie cinetică și trebuie să fie grele sau să se rotească rapid pentru a face acest lucru în mod eficient.

Î: Cum utilizează un autobuz o volantă?

R: Autobuzele utilizează volane de inerție prin conectarea acestora la roți atunci când se opresc (de exemplu, la semafor). Astfel, energia de rotație este transferată de la roți la volant, astfel încât acesta să poată încetini și să accelereze din nou atunci când pornește din nou mai târziu.