Engineering
Variador de fricción
Desplace el rodillo a través del disco en giro con una carga constante: la velocidad de salida sigue a r/R, pasa por cero y entra en marcha atrás. Baje el apriete hasta que el rodillo deslice; después suelte el apriete y vuelva a aplicarlo con el disco girando, y compare el calor del deslizamiento con la energía que absorbe el volante.
Qué ocurre
Un motor hace girar un disco plano; un rodillo de radio R = 0,15 m, apretado contra su cara con la fuerza N, rueda a la distancia r del eje del disco y mueve el eje de salida, provisto de un volante y un freno de carga. Al rodar sin deslizar, las dos superficies se mueven juntas en el contacto, r·ω₁ = R·ω₂: la salida gira a una velocidad r/R veces la del disco, y la relación de velocidades sigue al rodillo de forma continua, pasando por cero en el centro y entrando en marcha atrás más allá. El contacto puede transmitir una fuerza tangencial de hasta μN. Un par de carga T requiere una fuerza T/R en el rodillo, esté donde esté; el motor aporta entonces T·r/R. Baje el apriete por debajo de T/(μR) y el rodillo desliza: la salida se detiene y el trabajo del motor en el contacto se convierte en calor, μN·r·ω₁. Suelte el apriete y vuelva a aplicarlo con el disco girando: el rodillo desliza mientras μN acelera el volante, y sin carga el calor de deslizamiento es exactamente igual a la energía cinética que gana el volante.
Modelo: disco, rodillo y volante rígidos; el contacto es un punto con rozamiento de Coulomb que rueda o desliza. El rodillo se desplaza a 0,1 m/s; no se modelan el deslizamiento lateral y la fuerza del desplazamiento, el deslizamiento elástico, el pivotamiento a lo ancho del contacto ni el desgaste.
Qué probar
Mueva el rodillo despacio desde el borde a través del centro; después baje el apriete hasta que el rodillo deslice, y suelte y vuelva a aplicar el apriete.
Ecuaciones del módulo
Ecuaciones r ω₁ = R ω₂, F ≤ μN T₁ = T₂ r/R N < T₂/(μR) ⇒ P = μN (r ω₁ − R ω₂) dω₁/dt = 0, T₂ = 0 ⇒ Q = ½ J ω₂²
