Vztrajnik
Vztrajnik je težak disk ali kolo, ki je pritrjeno na vrtečo se gred. Vztrajniki se uporabljajo za shranjevanje kinetične energije. Zaradi vztrajnostnega momenta vztrajnik ne spreminja hitrosti vrtenja zlahka. Zaradi tega vztrajniki pomagajo ohranjati enako hitrost vrtenja gredi. To pomaga, kadar se navor, ki deluje na gred, pogosto spreminja. Neenakomeren navor lahko spremeni hitrost vrtenja. Ker se vztrajnik upira spremembam hitrosti, zmanjša učinke neenakomernega navora. Motorji, ki za zagotavljanje moči uporabljajo bate, imajo običajno neenakomeren navor in za odpravo te težave uporabljajo vztrajnike.
Za vrtenje kolesa (katerega koli kolesa) je potrebna energija. Če je trenje majhno (dobri ležaji), se bo kolo dolgo vrtelo. Ko je energija potrebna, jo lahko kolesu ponovno vzamemo. To je preprost mehanski način shranjevanja energije. Količina shranjene energije je odvisna od teže in hitrosti vrtenja - za hitrejše vrtenje težjega kolesa je potrebno več energije. Drugi dejavnik je polmer (velikost), saj bolj ko je del kolesa oddaljen od osi, več energije je potrebne za njegovo vrtenje. Te tri dejavnike lahko predstavimo z M (masa), ω {\displaystyle \omega } (kotna hitrost) in R (polmer). Če združimo obe spodnji enačbi, dobimo ω {\displaystyle \omega } 2MR2/4. Muhasta kolesa niso navadna kolesa, temveč so posebej zasnovana za shranjevanje energije. Zato mora biti težko in/ali se mora hitro vrteti. Nekateri avtobusi imajo na primer vzletno kolo, ki se uporablja za ustavljanje in zagon. Ko se avtobus ustavi (npr. zaradi semaforja), je vzletno kolo povezano s kolesi, tako da se nanj prenese vrtilna energija, zato se avtobus upočasni, vzletno kolo pa pospeši. Ko mora avtobus spet začeti voziti, se ponovno poveže in energija se prenese nazaj. Seveda ne bi želeli na avtobusu nositi težkega kolesa, zato je narejeno iz lažjega materiala, ki zdrži izjemno hitro vrtenje.
Vztrajnik z zobmi
Preprost vztrajnik v gibanju. Izdelano po risbah Leonarda da Vincija
Matematika vztrajnikov
Kinetična energija vrtečega se vztrajnika je
E = 1 2 I ω 2 {\displaystyle E={\frac {1}{2}}I\omega ^{2}}}
Pri čemer je vztrajnostni moment središčne mase enak
I = 1 2 M R 2 {\displaystyle I={\frac {1}{2}}MR^{2}}
kjer je I {\displaystyle I} vztrajnostni moment mase glede na središče vrtenja in ω {\displaystyle \omega } (omega) je kotna hitrost v radianskih enotah.
Zgodovina
Vztrajnik so uporabljali že v davnih časih, najpogostejši tradicionalni primer pa je lončarsko kolo. V industrijski revoluciji je James Watt prispeval k razvoju vztrajnika v parnem stroju, njegov sodobnik James Pickard pa je uporabljal vztrajnik.
Drugi pomeni
V svetu tveganega kapitala se izraz "vztrajnik" uporablja za ponavljajoče se jedro podjetja, ki ustvarja maržo.
Vprašanja in odgovori
V: Kaj je vztrajnik?
O: Vztrajnik je težak disk ali kolo, ki je pritrjeno na vrtečo se gred. Uporablja se za shranjevanje kinetične energije in pomaga ohranjati enako hitrost vrtenja gredi, saj se upira spremembam hitrosti zaradi neenakomernega navora.
V: Kako vztrajnik shranjuje energijo?
O: Vztrajnik shranjuje energijo tako, da jo odvzame kolesu, ko se to vrti, in jo nato ponovno sprosti, ko je energija potrebna. Količina shranjene energije je odvisna od njegove mase, kotne hitrosti in polmera.
V: Kateri so nekateri načini uporabe vztrajnikov?
O: Vztrajniki se uporabljajo v motorjih, ki za zagotavljanje moči uporabljajo bate, saj pomagajo odpraviti problem neenakomernega navora, ki spreminja hitrost vrtenja. Uporabljajo se tudi v avtobusih za ustavljanje in zagon, kjer se vrtilna energija iz koles prenese na vztrajnik, tako da se lahko upočasni, medtem ko se pospeši.
V: Kateri dejavniki vplivajo na to, koliko energije lahko shranjuje vztrajnik?
O: Količina energije, shranjene v vztrajniku, je odvisna od njegove mase, kotne hitrosti in polmera. Za vrtenje težjih uteži z večjo hitrostjo je potrebno več energije kot za vrtenje lažjih uteži z manjšo hitrostjo.
V: Ali vsa kolesa veljajo za vztrajnike?
O: Ne, vsa kolesa ne veljajo za "vztrajnike". Vztrajniki so posebej zasnovani za shranjevanje kinetične energije in morajo biti težki ali se hitro vrteti, da bi to učinkovito izvajali.
V: Kako avtobus uporablja vztrajnik?
O: Avtobusi uporabljajo vztrajnike tako, da jih priključijo na kolesa, ko se ustavijo (npr. na semaforju). S tem se vrtilna energija s koles prenese na vztrajnik, tako da se lahko upočasni, medtem ko se pozneje pri ponovnem zagonu spet pospeši.