Volan

Volan, dönen bir mile bağlı olan ağır bir disk veya tekerlektir. Volanlar kinetik enerjinin depolanması için kullanılır. Volanın momentumu, dönme hızını kolayca değiştirmemesine neden olur. Bu nedenle volanlar, milin aynı hızda dönmesini sağlamaya yardımcı olur. Bu, mile uygulanan tork sık sık değiştiğinde yardımcı olur. Eşit olmayan tork dönme hızını değiştirebilir. Volan hızdaki değişikliklere direnç gösterdiğinden, düzensiz torkun etkilerini azaltır. Güç sağlamak için piston kullanan motorlar genellikle düzensiz torka sahiptir ve bu sorunu çözmek için volan kullanırlar.

Bir tekerleğin (herhangi bir tekerleğin) dönmesi için enerji gerekir. Sürtünme azsa (iyi rulmanlar) o zaman uzun süre dönmeye devam edecektir. Enerjiye ihtiyaç duyulduğunda, bu enerji tekerlekten tekrar alınabilir. Yani enerji depolamanın basit bir mekanik yoludur. Depolanan enerji miktarı ağırlığın ve dönüş hızının bir fonksiyonudur - daha ağır bir tekerleği daha hızlı döndürmek daha fazla enerji gerektirir. Diğer bir faktör de yarıçaptır (boyut), çünkü tekerleğin bir parçası eksenden ne kadar uzaksa, döndürmek için o kadar fazla enerji gerekir. Bu üç faktör M (kütle), ω {\displaystyle \omega } ile temsil edilebilir. $\omega$ (açısal hız) ve R (yarıçap). Aşağıdaki iki denklemin birleştirilmesi ω {\displaystyle \omega } değerini verir $\omega$ ²MR² /4. Uçan çark herhangi bir çark değildir, özellikle enerji depolamak için tasarlanmıştır. Bu yüzden ağır olmalı ve/veya hızlı dönmelidir. Örneğin, bazı otobüslerde durma ve çalıştırma için kullanılan bir sinek tekerleği vardır. Otobüs durduğunda (örneğin bir trafik ışığı için), volan tekerlek tekerleklere bağlanır, böylece dönme enerjisi ona aktarılır, böylece volan tekerlek hızlanırken otobüs yavaşlar. Daha sonra, otobüs tekrar sürüşe başlamak zorunda kaldığında, tekrar bağlanır ve enerji geri aktarılır. Elbette ağır bir tekerleği otobüsün üzerinde taşımak istemezsiniz, bu nedenle son derece hızlı dönüşe dayanabilecek daha hafif bir malzemeden yapılmıştır.

Çarklı volan

Hareket halindeki basit volan. Leonardo da Vinci'nin çizimleri temel alınarak yapılmıştır

Volanların matematiği

Dönen bir volanın kinetik enerjisi şöyledir

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

Merkez kütlenin eylemsizlik momentinin aşağıdakilere eşit olduğu yerde

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

Burada I {\displaystyle I} kütlenin dönme merkezi etrafındaki eylemsizlik momentidir ve ω {\displaystyle \omega } $\omega$ (omega) radyan birimleri cinsinden açısal hızdır.

Tarih

Volan çok eski zamanlardan beri kullanılmaktadır, en yaygın geleneksel örneği çömlekçi çarkıdır. Sanayi Devrimi'nde James Watt buhar makinesinde volanın geliştirilmesine katkıda bulunmuş ve çağdaşı James Pickard da bir volan kullanmıştır.

Diğer anlamlar

Risk sermayesi dünyasında "volan" terimi, bir işletmenin tekrarlayan, marj üreten kalbini temsil etmek için kullanılır.

Sorular ve Yanıtlar

S: Volan nedir?

C: Volan, dönen bir mile bağlı olan ağır bir disk veya tekerlektir. Kinetik enerjinin depolanması için kullanılır ve eşit olmayan tork nedeniyle hızdaki değişikliklere direnerek şaftın aynı hızda dönmesine yardımcı olur.

S: Bir volan nasıl enerji depolar?

C: Bir volan, dönerken tekerlekten alarak ve enerji gerektiğinde tekrar serbest bırakarak enerji depolar. Depolanan enerji miktarı kütlesine, açısal hızına ve yarıçapına bağlıdır.

S: Volanların bazı uygulamaları nelerdir?

C: Volanlar, dönme hızını değiştiren düzensiz tork sorununu çözmeye yardımcı oldukları için güç sağlamak için piston kullanan motorlarda kullanılır. Ayrıca otobüslerde durma ve çalıştırma için kullanılırlar; burada tekerleklerden gelen dönme enerjisi volana aktarılır, böylece hızlanırken yavaşlayabilir.

S: Bir volanın ne kadar enerji depolayabileceğini etkileyen faktörler nelerdir?

C: Bir volanda depolanan enerji miktarı kütlesine, açısal hızına ve yarıçapına bağlıdır. Daha yüksek hızlara sahip daha ağır ağırlıklar, daha düşük hızlara sahip daha hafif ağırlıklara göre onları döndürmek için daha fazla enerji gerektirir.

S: Tüm tekerlekler "volan" olarak kabul edilir mi?

C: Hayır, tüm tekerlekler "volan" olarak kabul edilmez. Volanlar kinetik enerjiyi depolamak için özel olarak tasarlanmıştır ve bunu etkili bir şekilde yapabilmek için ağır olmalı veya hızlı dönmelidir.

S: Bir otobüste volan nasıl kullanılır?

C: Otobüsler volanları durduklarında (örneğin trafik ışıklarında) tekerleklerine bağlayarak kullanırlar. Bu, tekerleklerden volana dönme enerjisi aktarır, böylece daha sonra tekrar çalışmaya başlarken tekrar hızlanırken yavaşlayabilir.