Hooratas

Hoogratas on raske ketas või ratas, mis on kinnitatud pöörleva võlli külge. Rattaid kasutatakse kineetilise energia salvestamiseks. Hoog põhjustab, et hooratas ei muuda oma pöörlemiskiirust kergesti. Seetõttu aitavad hoorattad hoida võlli pöörlemist samal kiirusel. See aitab, kui võllile rakendatav pöördemoment muutub sageli. Ebaühtlane pöördemoment võib muuta pöörlemiskiirust. Kuna hooratas peab kiiruse muutustele vastu, vähendab see ebaühtlase pöördemomendi mõju. Mootorites, mis kasutavad võimsuse andmiseks kolbisid, on tavaliselt ebaühtlane pöördemoment ja selle probleemi lahendamiseks kasutatakse hoorattaid.

Ratta (ükskõik millise ratta) pöörlemiseks on vaja energiat. Kui hõõrdumine on väike (head laagrid), siis pöörleb see kaua. Kui energiat on vaja, saab seda jälle rattast võtta. Seega on see lihtne mehaaniline vahend energia salvestamiseks. Salvestatud energia hulk sõltub kaalust ja pöörlemiskiirusest - raskema ratta kiiremaks pööramiseks kulub rohkem energiat. Teine tegur on raadius (suurus), sest mida kaugemal teljest on ratta osa, seda rohkem energiat kulub selle pöörlemiseks. Neid kolme tegurit saab esitada M (mass), ω (massi), \displaystyle \omega }. $\omega$ (nurkkiirus) ja R (raadius). Kombineerides kahte alljärgnevat võrrandit, saadakse ω \displaystyle \omega } $\omega$ ^2MR2/4. Õhusõiduratas ei ole tavaline ratas, vaid spetsiaalselt energia salvestamiseks mõeldud ratas. Seega peaks see olema raske ja/või pöörlema kiiresti. Näiteks mõnel bussil on lenduriratas, mida kasutatakse peatumiseks ja käivitamiseks. Kui buss peatub (nt valgusfoori jaoks), siis on hooratas ühendatud ratastega, nii et pöörlemisenergia kantakse sellele üle, nii et buss aeglustub, samal ajal kui hooratas kiirendab. Seejärel, kui buss peab uuesti sõitma hakkama, ühendatakse see uuesti ja energia kantakse tagasi. Loomulikult ei tahaks te rasket ratast bussis vedada, seega on see valmistatud kergemast materjalist, mis peab vastu väga kiirele pöörlemisele.

Spokeeritud hooratas

Lihtne hooratas liikumises. Konstrueeritud Leonardo da Vinci jooniste põhjal.

Matemaatika õhkrattad

Pöörleva hooratta kineetiline energia on

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

Kui keskse massi inertsimoment on võrdne

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

kus I {\displaystyle I} on massi inertsimoment pöörlemiskeskme ümber ja ω {\displaystyle \omega } $\omega$ (omega) on nurkkiirus radiaaniühikutes.

Ajalugu

Hooga ratast on kasutatud juba iidsetest aegadest alates, kõige levinum traditsiooniline näide on pottsepa ratas. Tööstusrevolutsiooni ajal aitas James Watt kaasa aurumasinas kasutatava hooratta arendamisele ja tema kaasaegne James Pickard kasutas hooratast.

Muud tähendused

Riskikapitali maailmas kasutatakse mõistet "hooratas", mis tähistab ettevõtte korduvat, marginaali tootvat südant.

Küsimused ja vastused

K: Mis on kärbsenägu?

V: Hooguratas on raske ketas või ratas, mis on kinnitatud pöörleva võlli külge. Seda kasutatakse kineetilise energia salvestamiseks ja see aitab hoida võlli pöörlemist samal kiirusel, hoides vastu ebaühtlasest pöördemomendist tulenevatele kiiruse muutustele.

K: Kuidas salvestab hooratas energiat?

V: Hoograttas salvestatakse energiat, võttes seda ratta pöörlemisel ja andes seda siis, kui energiat vajatakse, uuesti välja. Salvestatud energia hulk sõltub selle massist, nurkkiirusest ja raadiusest.

K: Millised on mõned hoorataste rakendused?

V: Vaherattaid kasutatakse mootorites, mis kasutavad jõudu andmiseks kolbi, kuna need aitavad lahendada pöörlemiskiirust muutva ebaühtlase pöördemomendi probleemi. Neid kasutatakse ka bussides peatumiseks ja käivitamiseks, kus ratastelt saadav pöörlemisenergia kantakse üle hoorattale, et see saaks kiirendades aeglustuda.

K: Millised tegurid mõjutavad seda, kui palju energiat suudab hooratas salvestada?

V: Hoograttas salvestatud energia hulk sõltub selle massist, nurkkiirusest ja raadiusest. Raskemad ja kiirema kiirusega raskused vajavad pööramiseks rohkem energiat kui kergemad ja aeglasema kiirusega raskused.

K: Kas kõiki rattaid peetakse "hooratasteks"?

V: Ei, kõiki rattaid ei peeta "hooratasteks". Rattad on spetsiaalselt ette nähtud kineetilise energia salvestamiseks ja selleks, et seda tõhusalt teha, peavad nad olema rasked või pöörlevad kiiresti.

K: Kuidas kasutab buss hooratast?

V: Bussid kasutavad hoorattaid, ühendades need ratastega, kui nad peatuvad (nt valgusfooride juures). See annab ratastelt pöörlemisenergia üle hoorattale, et see saaks hiljem uuesti käivitumisel aeglustuda, kuid samas kiireneda.