Svinghjul

Fra Wikipedia, den frie encyklopædi

Et svinghjul er en klassisk mekanisk indretning, som er designet til at kunne gemme kinetisk energi i rotation over kortere eller længere tid.

Et andet formål med svinghjul kan være gyroskopeffekten. Det at et roterende legeme kræver stor kraft for at få ændret retning. Anvendes f.eks. i gyrostabiliserede kameraer.

Indholdsfortegnelse

1 Virkemåde
2 Svinghjulsanvendelser
- 2.1 Eksempel på inertimoment for et homogent legeme
3 Se også
4 Eksterne henvisninger

[redigér] Virkemåde

Et svinghjul bygger på eller virker pga. fænomenet inertimoment, der viser sig som en træghed.

Trægheden er det at det kræver kraft*vej (integreret over tid) for hver enkelt massedel af det faste legeme og dermed energiudveksling at forøge eller minske rotationen. Eksempler: karrusel, cykelhjul, boremaskine og havelåge (asymmetrisk massefordeling om rotationscenter).

[redigér] Svinghjulsanvendelser

Her er eksempler på svinghjulsanvendelser:

Spolebåndoptager eller kassettebåndoptager kapstanssvinghjul
Grammofon pladetallerken
DVD/CD-afspillerens DVD/CD-plade
Generator-/dynamo-/motor-svinghjul (anvendes til at udjævne belastninger og holde motoren i gang)
- Bilmotor
- Fiskekuttermotor
Energilagring

Svinghjulets kinetiske energi bundet i rotationen kaldet E, kan beregnes via følgende formel:

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

hvor

E er rotationsenergien i joule.
I er inertimomentet i kg·m².
ω er vinkelfrekvensen, dvs. (antal omdrejninger per sekund) · 2 · π.

[redigér] Eksempel på inertimoment for et homogent legeme

I følgende eksempel findes en formel, som gælder for et legeme med ensartet massefordeling (dvs. massefylden er konstant overalt i legemet) og med en bestemt udformning og rotationsaksel:

Formler for inertimomentet I for et homogent legemer med masse m

En cylinder, enten massiv eller hul som et "rør" er monteret, så den kan dreje omkring sin egen længdeakse. Hvis den ydre radius er R, og en eventuel cylindrisk hulhed har den indvendige radius r, er intertimomentet I givet ved:
$I = \frac{1}{2} \cdot m \cdot (R^2 + r^2)$
Heraf følger, at hvis cylinderen er massiv (r = 0), bliver inertimomentet:
$I = \frac{1}{2} \cdot m \cdot R^2$ ,
og for en hul cylinder med ubetydelig "vægtykkelse" (r ≈ R) fås:
$I = m \cdot R^2$

Det ses af formlerne, at en tyndvægget cylinder giver det størst mulige inertimoment I for en given mængde "byggemateriale" (massen m): Dette forklarer hvorfor svinghjul på f.eks. dampmaskiner udformes med en kraftig (dvs. tung) og udpræget bred "fælg".