Setrvačník
Setrvačník je těžký disk nebo kolo, které je připevněno k rotujícímu hřídeli. Setrvačníky se používají k ukládání kinetické energie. Hybnost setrvačníku způsobuje, že se jeho rychlost otáčení nemění snadno. Z tohoto důvodu setrvačníky pomáhají udržovat stejnou rychlost otáčení hřídele. To pomáhá v případě, že se točivý moment působící na hřídel často mění. Nerovnoměrný točivý moment může měnit rychlost otáčení. Protože setrvačník odolává změnám otáček, snižuje účinky nerovnoměrného točivého momentu. Motory, které k zajištění výkonu používají písty, mají obvykle nerovnoměrný točivý moment a k odstranění tohoto problému používají setrvačníky.
K otáčení kola (jakéhokoli kola) je zapotřebí energie. Pokud je tření malé (dobrá ložiska), bude se kolo otáčet dlouho. Když je energie potřeba, lze ji z kola opět odebrat. Jedná se tedy o jednoduchý mechanický způsob ukládání energie. Množství uložené energie je funkcí hmotnosti a rychlosti otáčení - aby se těžší kolo otáčelo rychleji, je třeba více energie. Dalším faktorem je poloměr (velikost), protože čím dále od osy se část kola nachází, tím více energie je třeba k jeho otáčení. Tyto tři faktory lze znázornit pomocí M (hmotnost), ω {\displaystyle \omega }. (úhlová rychlost) a R (poloměr). Kombinací obou níže uvedených rovnic získáme ω {\displaystyle \omega }. 2MR2/4. Letící kolo není jen tak ledajaké kolo, ale je speciálně navrženo k ukládání energie. Mělo by tedy být těžké a/nebo se rychle otáčet. Například některé autobusy mají setrvačník, který se používá k zastavování a rozjíždění. Když autobus zastaví (např. kvůli semaforu), setrvačník je spojen s koly, takže se na něj přenáší rotační energie, takže autobus zpomalí, zatímco setrvačník zrychlí. Když se pak autobus musí znovu rozjet, je opět připojen a energie se přenáší zpět. Samozřejmě byste nechtěli v autobusu tahat těžké kolo, proto je vyrobeno z lehčího materiálu, který vydrží extrémně rychlou rotaci.
Setrvačník s hroty
Jednoduchý setrvačník v pohybu. Zkonstruováno podle nákresů Leonarda da Vinciho.
Matematika setrvačníků
Kinetická energie rotujícího setrvačníku je
E = 1 2 I ω 2 {\displaystyle E={\frac {1}{2}}I\omega ^{2}}
Kde moment setrvačnosti středu hmotnosti je roven
I = 1 2 M R 2 {\displaystyle I={\frac {1}{2}}MR^{2}}
kde I {\displaystyle I} je moment setrvačnosti hmoty kolem středu otáčení a ω {\displaystyle \omega } (omega) je úhlová rychlost v jednotkách radiánů.
Historie
Setrvačník se používá již od starověku, nejčastějším tradičním příkladem je hrnčířský kruh. V době průmyslové revoluce přispěl James Watt k vývoji setrvačníku v parním stroji a jeho současník James Pickard používal setrvačník.
Další významy
Ve světě rizikového kapitálu se termín "setrvačník" používá pro označení opakujícího se jádra podniku, které vytváří marži.
Otázky a odpovědi
Otázka: Co je to setrvačník?
A: Setrvačník je těžký disk nebo kolo, které je připevněno k rotujícímu hřídeli. Slouží k ukládání kinetické energie a pomáhá udržovat stejnou rychlost otáčení hřídele tím, že odolává změnám rychlosti způsobeným nerovnoměrným točivým momentem.
Otázka: Jak setrvačník uchovává energii?
Odpověď: Setrvačník uchovává energii tím, že ji odebírá z kola, když se otáčí, a pak ji opět uvolňuje, když je energie potřeba. Množství uložené energie závisí na jeho hmotnosti, úhlové rychlosti a poloměru.
Otázka: Jaké jsou některé aplikace setrvačníků?
Odpověď: Setrvačníky se používají v motorech, které používají k zajištění výkonu písty, protože pomáhají řešit problém nerovnoměrného točivého momentu měnícího rychlost otáčení. Používají se také v autobusech pro zastavování a rozjíždění, kde se rotační energie z kol přenáší na setrvačník, aby mohl zpomalovat a zároveň zrychlovat.
Otázka: Jaké faktory ovlivňují, kolik energie dokáže setrvačník uchovat?
Odpověď: Množství energie uložené v setrvačníku závisí na jeho hmotnosti, úhlové rychlosti a poloměru. Těžší závaží s vyšší rychlostí potřebují k otáčení více energie než lehčí závaží s nižší rychlostí.
Otázka: Jsou všechna kola považována za "setrvačníky"?
Odpověď: Ne, ne všechna kola se považují za "setrvačníky". Setrvačníky jsou speciálně navrženy pro ukládání kinetické energie a měly by být těžké nebo se rychle otáčet, aby to bylo efektivní.
Otázka: Jak autobus používá setrvačník?
Odpověď: Autobusy používají setrvačníky tak, že je připojují ke svým kolům, když zastavují (např. na semaforech). Tím se přenáší rotační energie z kol na setrvačník, takže autobus může zpomalit a zároveň se při pozdějším rozjezdu opět zrychlit.