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 bola que se balancea en un arco al final de un trozo de 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 las brocas de herramientas eléctricas, los neumáticos giratorios de los automóviles y los rodamientos. 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 crítico 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 viajando en una órbita circular. Cuando una masa conocida (como una bola) gira en un círculo a una distancia determinada (el radio) desde el punto central a una velocidad constante, la fuerza radial empuja la masa hacia afuera, alejándola 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, estén o no físicamente unidos al centro. Una bola suelta que se hace girar alrededor del interior de un balde también se fuerza contra la pared interior del recipiente mediante 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 de diseño crítica de cualquier cosa que presente 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 para cualquier artículo dado.
Por ejemplo, los cojinetes se utilizan 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 resultar en desgaste y eventuales fallas si la fuerza y las tensiones relacionadas se vuelven excesivas. Los cojinetes deben ser lo suficientemente fuertes para resistir las presiones que se les aplican regularmente. Por esta razón, existen tipos de rodamientos específicamente diseñados y clasificados para aplicaciones mecánicas que presentan altas fuerzas radiales.
Otro ejemplo de este fenómeno en el trabajo es la fuerza a la que se somete una herramienta de corte cuando quita 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 mecaniza. Si la herramienta está mal diseñada y experimenta una fuerza radial excesiva, podría hacer que sea muy difícil empujar el filo hacia la pieza, dando como resultado resultados por debajo del estándar o incluso potencialmente lesionando al operador cuando la herramienta se aleja.
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 fuerza radial, se puede ilustrar usando el ejemplo de un neumático de automóvil. El neumático experimentará una fuerza radial en una dirección perpendicular al eje de la rueda que, si el neumático fuera perfectamente redondeado y la superficie de la carretera perfectamente lisa, permanecería igual mientras la rueda gira. 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 a la hora de diseñar equipos, ya que deben poder funcionar de forma segura en condiciones ambientales en constante cambio.