当一个物体的旋转速度与它的自然频率之一相对应时,就可以说它达到了临界速度。这种类型的速度在物理学的一个分支中被研究,称为旋转动力学,它涉及旋转或角运动。一个旋转物体,如螺旋桨或离心泵,在加速或减速时必须经常通过一个或多个临界速度。当以临界速度运行时,这些物体会以高振幅振动,这可能会造成损害。
所有由弹性材料组成的物体都有一个或多个自然频率。一个物体的自然频率是指它一旦被设定为运动,就会来回移动的次数。当一个物体以其自然频率之一振动时,它被称为具有共振,或一个大的振动振幅。例如,在一个乐器中,这种共振是可取的,因为它导致乐器声音的自然放大。然而,在旋转动力学中,这种共振是不可取的,因为它使所涉及的机械部件产生强烈的振动,这可能会损坏系统。
有许多刺激因素可以引起共振,其中之一是旋转运动。当一个物体的旋转运动,也叫角速度,引起共振时,它处于临界速度。旋转的机械物体必须被设计成能快速通过这些速度,这样在这个速度下发生的放大的振动才不会导致损坏。
离心泵或螺旋桨在加速或减速时将通过不同的角速度运动。虽然像这样的运动系统自然会有一些振动,但如果系统要长期保持下去,必须避免或迅速通过临界速度的放大振动。因此,旋转动力学非常关注解决可能影响旋转机械寿命的各种临界速度问题。
导致一个物体以其自然频率之一振动的最低旋转频率被称为其第一临界速度。一个物体可能有无限多的临界速度,但工程师要考虑的最重要的是第一个临界速度。一些旋转物体被设计成在其第一个临界速度以下运行,但许多旋转物体的速度高于这个速度。只要旋转速度快速通过临界速度,这对旋转机械的寿命不应该有重大影响。然而,如果一个物体被设计为以其临界速度旋转,就会出现问题,因为由此产生的振动可能导致机器断裂。
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