Маховик
Маховикът е тежък диск или колело, което е прикрепено към въртящ се вал. Маховиците се използват за съхранение на кинетична енергия. Инерцията на маховика го кара да не променя лесно скоростта си на въртене. Поради това маховиците помагат да се поддържа една и съща скорост на въртене на вала. Това помага, когато въртящият момент, приложен към вала, се променя често. Неравномерният въртящ момент може да промени скоростта на въртене. Тъй като маховикът се противопоставя на промените в скоростта, той намалява ефекта от неравномерния въртящ момент. Двигателите, които използват бутала за осигуряване на мощност, обикновено имат неравномерен въртящ момент и използват маховици, за да отстранят този проблем.
Необходима е енергия, за да се завърти едно колело (всяко колело). Ако има малко триене (добри лагери), то ще се върти дълго време. Когато енергията е необходима, тя може да бъде взета отново от колелото. Така че това е просто механично средство за съхраняване на енергия. Количеството съхранена енергия е функция на теглото и скоростта на въртене - за да се върти по-тежко колело по-бързо, е необходима повече енергия. Друг фактор е радиусът (размерът), защото колкото по-далеч от оста е частта на колелото, толкова повече енергия е необходима, за да се завърти. Тези три фактора могат да бъдат представени с M (маса), ω {\displaystyle \omega } (ъглова скорост) и R (радиус). Комбинирането на двете уравнения по-долу дава ω {\displaystyle \omega } 2MR2/4. Мухата не е просто колело, а е специално проектирано да съхранява енергия. Затова то трябва да е тежко и/или да се върти бързо. Например, някои автобуси имат маховик, който се използва за спиране и потегляне. Когато автобусът спре (например за светофар), маховикът е свързан с колелата, така че енергията на въртене се предава на него, така че автобусът ще забави ход, докато маховикът ускори. След това, когато автобусът трябва отново да започне да се движи, то отново се свързва и енергията се прехвърля обратно. Разбира се, не бихте искали да носите тежко колело в автобуса, затова то е изработено от по-лек материал, който може да издържи на изключително бързо въртене.
Маховик със спици
Обикновен маховик в движение. Конструиран по чертежи на Леонардо да Винчи
Математика на маховиците
Кинетичната енергия на въртящ се маховик е
E = 1 2 I ω 2 {\displaystyle E={\frac {1}{2}}I\omega ^{2}}
Където инерционният момент на централната маса е равен на
I = 1 2 M R 2 {\displaystyle I={\frac {1}{2}}MR^{2}}
където I {\displaystyle I} е инерционният момент на масата спрямо центъра на въртене, а ω {\displaystyle \omega } (омега) е ъгловата скорост в радианови единици.
История
Маховикът се използва от древни времена, като най-разпространеният традиционен пример е грънчарското колело. По време на индустриалната революция Джеймс Уат допринася за разработването на маховика в парната машина, а неговият съвременник Джеймс Пикард използва маховик.
Други значения
В света на рисковия капитал терминът "маховик" се използва, за да се представи повтарящото се сърце на бизнеса, което генерира маржове.
Въпроси и отговори
В: Какво представлява маховикът?
О: Маховикът е тежък диск или колело, което е прикрепено към въртящ се вал. Той се използва за съхранение на кинетичната енергия и помага за поддържане на еднаква скорост на въртене на вала, като се противопоставя на промените в скоростта, дължащи се на неравномерен въртящ момент.
В: Как маховикът съхранява енергия?
О: Маховикът съхранява енергия, като я отнема от колелото, когато то се върти, и след това я освобождава отново, когато е необходима енергия. Количеството съхранена енергия зависи от масата, ъгловата скорост и радиуса.
В: Какви са някои приложения на маховиците?
О: Маховиците се използват в двигатели, които използват бутала за осигуряване на мощност, тъй като помагат да се реши проблемът с неравномерния въртящ момент, който променя скоростта на въртене. Те се използват и в автобусите за спиране и потегляне, където въртящата се енергия от колелата се предава на маховика, за да може той да забавя, докато ускорява.
Въпрос: Кои фактори влияят върху това колко енергия може да съхрани един маховик?
О: Количеството енергия, съхранено в маховика, зависи от неговата маса, ъглова скорост и радиус. По-тежките маси с по-високи скорости изискват повече енергия за въртенето им, отколкото по-леките маси с по-ниски скорости.
В: Всички колела ли се считат за маховици?
О: Не, не всички колела се считат за "маховици". Маховиците са специално проектирани за съхраняване на кинетична енергия и трябва да са тежки или да се въртят бързо, за да могат да правят това ефективно.
В: Как автобусът използва маховик?
О: Автобусите използват маховици, като ги свързват с колелата си, когато спират (например на светофар). По този начин се прехвърля енергията на въртене от колелата към маховика, така че той да може да забави скоростта си, докато по-късно отново се ускори при потегляне.