Lendkerék
A lendkerék egy nehéz tárcsa vagy kerék, amely egy forgó tengelyhez van rögzítve. A lendkereket a mozgási energia tárolására használják. A lendkerék lendülete miatt nem változtatja meg könnyen a forgási sebességét. Emiatt a lendkerekek segítenek a tengelyt azonos fordulatszámon tartani. Ez akkor segít, ha a tengelyre ható nyomaték gyakran változik. Az egyenetlen nyomaték megváltoztathatja a forgási sebességet. Mivel a lendkerék ellenáll a fordulatszám-változásoknak, csökkenti az egyenetlen nyomaték hatását. Azokban a motorokban, amelyek dugattyúkat használnak a teljesítmény biztosítására, általában egyenetlen nyomaték van, és lendkereket használnak ennek a problémának a megoldására.
Egy kerék (bármilyen kerék) forgásához energia kell. Ha kevés a súrlódás (jó csapágyak), akkor sokáig fog forogni. Amikor energiára van szükség, akkor azt újra el lehet venni a kerékből. Tehát ez egy egyszerű mechanikai eszköze az energia tárolásának. A tárolt energia mennyisége a súly és a forgási sebesség függvénye - egy nehezebb kerék gyorsabb forgatásához több energiára van szükség. Egy másik tényező a sugár (méret), mert minél távolabb van a kerék egy része a tengelytől, annál több energiára van szükség ahhoz, hogy a kerék forogjon. Ez a három tényező az M (tömeg), ω (\displaystyle \omega) segítségével ábrázolható. (szögsebesség) és R (sugár). Az alábbi két egyenlet kombinálásával megkapjuk ω {\displaystyle \omega }
2MR2/4. A lendkerék nem akármilyen kerék, hanem kifejezetten energiatárolásra tervezték. Tehát nehéznek kell lennie és/vagy gyorsan kell forognia. Például néhány busznak van egy lendkereke, amelyet megállításra és indításra használnak. Amikor a busz megáll (pl. egy közlekedési lámpa miatt), a lendkerék a kerekekhez csatlakozik, így a forgási energia átkerül rá, így a busz lelassul, miközben a lendkerék felgyorsul. Ezután, amikor a busznak újra el kell indulnia, ismét csatlakozik, és az energia visszakerül. Természetesen nem szeretnénk egy nehéz kereket cipelni a buszon, ezért olyan könnyebb anyagból készül, amely ellenáll a rendkívül gyors forgásnak.


Tengelyes lendkerék


Egyszerű lendkerék mozgásban. Leonardo da Vinci rajzai alapján készült.
A lendkerekek matematikája
A forgó lendkerék mozgási energiája
E = 1 2 I ω 2 {\displaystyle E={\frac {1}{2}}}I\omega ^{2}}
Ahol a tömegközéppont tehetetlenségi nyomatéka egyenlő
I = 1 2 M R 2 {\displaystyle I={\frac {1}{2}}MR^{2}}}
ahol I {\displaystyle I} a tömeg tehetetlenségi nyomatéka a forgás középpontja körül és ω {\displaystyle \omega }
(omega) a szögsebesség radián egységekben.
Történelem
A lendkereket már az ókor óta használják, a legelterjedtebb hagyományos példa a fazekaskorong. Az ipari forradalomban James Watt hozzájárult a lendkerék kifejlesztéséhez a gőzgépben, és kortársa, James Pickard is lendkereket használt.
Egyéb jelentések
A kockázati tőke világában a "lendkerék" kifejezést a vállalkozás visszatérő, árrést termelő szívére használják.
Kérdések és válaszok
K: Mi az a lendkerék?
V: A lendkerék egy nehéz korong vagy kerék, amely egy forgó tengelyhez van rögzítve. A mozgási energia tárolására szolgál, és segít a tengelyt azonos fordulatszámon tartani azáltal, hogy ellenáll az egyenetlen nyomaték okozta sebességváltozásoknak.
K: Hogyan tárolja a lendkerék az energiát?
V: A lendkerék úgy tárolja az energiát, hogy forgás közben elveszi azt a keréktől, majd újra leadja, amikor energiára van szükség. A tárolt energia mennyisége a tömegétől, a szögsebességétől és a sugarától függ.
K: Melyek a lendkerekek alkalmazásai?
V: A lendkerekeket olyan motorokban használják, amelyek dugattyúkat használnak az energiaellátáshoz, mivel segítenek megoldani a forgási sebességet változtató egyenetlen nyomaték problémáját. Buszokban is használják őket megállításra és indításra, ahol a kerekek forgási energiáját a lendkerékre adják át, hogy az lassítani tudjon, miközben gyorsít.
K: Milyen tényezők befolyásolják, hogy egy lendkerék mennyi energiát képes tárolni?
V: A lendkerékben tárolt energia mennyisége függ a tömegétől, a szögsebességétől és a sugarától. A nagyobb sebességű, nehezebb súlyok forgatásához több energiára van szükség, mint a kisebb sebességű, könnyebb súlyokéhoz.
K: Minden kerék "lendkeréknek" minősül?
V: Nem, nem minden kerék tekinthető "lendkeréknek". A lendkerekeket kifejezetten a mozgási energia tárolására tervezték, és ahhoz, hogy ezt hatékonyan tehessék, nehéznek kell lenniük, vagy gyorsan kell forogniuk.
K: Hogyan használ egy busz lendkereket?
V: A buszok úgy használnak lendkereket, hogy megálláskor (pl. közlekedési lámpáknál) a kerekekhez csatlakoztatják őket. Ezáltal a kerekekről a lendkerékre kerül a forgási energia, így az le tud lassulni, miközben a későbbi újrainduláskor ismét felgyorsul.