Volant d'inertie
Un volant d'inertie est un disque ou une roue lourde qui est fixé à un arbre rotatif. Les volants d'inertie sont utilisés pour le stockage de l'énergie cinétique. L'impulsion du volant d'inertie fait qu'il ne change pas facilement de vitesse de rotation. C'est pourquoi les volants d'inertie contribuent à maintenir l'arbre en rotation à la même vitesse. Cela est utile lorsque le couple appliqué à l'arbre change souvent. Un couple inégal peut modifier la vitesse de rotation. Comme le volant d'inertie résiste aux changements de vitesse, il diminue les effets d'un couple inégal. Les moteurs qui utilisent des pistons pour fournir de la puissance ont généralement un couple inégal et utilisent des volants d'inertie pour résoudre ce problème.
Il faut de l'énergie pour faire tourner une roue (n'importe quelle roue). S'il y a peu de friction (bons roulements), elle continuera à tourner longtemps. Lorsque de l'énergie est nécessaire, elle peut être récupérée de la roue. Il s'agit donc d'un moyen mécanique simple de stocker de l'énergie. La quantité d'énergie stockée est fonction du poids et de la vitesse de rotation - faire tourner plus vite une roue plus lourde demande plus d'énergie. Un autre facteur est le rayon (la taille) car plus une partie de la roue est éloignée de l'axe, plus il faut d'énergie pour la faire tourner. Ces trois facteurs peuvent être représentés par M (masse), ω {\displaystyle \omega }
(vitesse angulaire) et R (rayon). En combinant les deux équations ci-dessous, on obtient ω {\displaystyle \omega } 2MR2/4. Un volant n'est pas n'importe quelle roue, mais il est spécifiquement conçu pour stocker de l'énergie. Il doit donc être lourd et/ou tourner rapidement. Par exemple, certains bus ont un volant d'inertie qui sert à l'arrêt et au démarrage. Lorsque le bus s'arrête (par exemple à un feu de signalisation), le volant est relié aux roues, de sorte que l'énergie de rotation lui est transférée, ce qui fait que le bus ralentit tandis que le volant accélère. Ensuite, lorsque le bus doit reprendre la route, il est à nouveau connecté et l'énergie lui est retransmise. Bien sûr, vous ne voudriez pas traîner une lourde roue sur un bus, donc il est fait d'un matériau plus léger qui peut supporter une rotation extrêmement rapide.
Volant d'inertie à rayons
Un simple volant d'inertie en mouvement. Construit d'après des dessins de Léonard de Vinci
Mathématiques des volants d'inertie
L'énergie cinétique d'un volant d'inertie en rotation est
E = 1 2 I ω 2 {\displaystyle E={\frac {1}{2}}I\omega ^{2}}
Où le moment d'inertie de la masse centrale est égal à
I = 1 2 M R 2 {\displaystyle I={\frac {1}{2}}MR^{2}}
où I {\displaystyle I}
est le moment d'inertie de la masse autour du centre de rotation et ω {\displaystyle \omega } (oméga) est la vitesse angulaire en unités radian.
Histoire
Le volant d'inertie est utilisé depuis l'Antiquité, l'exemple traditionnel le plus courant étant le tour de potier. Lors de la révolution industrielle, James Watt a contribué au développement du volant d'inertie dans la machine à vapeur, et son contemporain James Pickard a utilisé un volant d'inertie.
Autres significations
Dans le monde du capital-risque, le terme "volant d'inertie" est utilisé pour représenter le cœur récurrent et générateur de marges d'une entreprise.
Questions et réponses
Q : Qu'est-ce qu'un volant d'inertie ?
R : Un volant d'inertie est un disque ou une roue lourde qui est fixée à un arbre rotatif. Il sert à stocker l'énergie cinétique et aide à maintenir l'arbre en rotation à la même vitesse en résistant aux changements de vitesse dus à un couple irrégulier.
Q : Comment un volant d'inertie stocke-t-il l'énergie ?
R : Un volant d'inertie stocke l'énergie en la prenant à la roue lorsqu'elle tourne, puis en la libérant à nouveau lorsque l'énergie est nécessaire. La quantité d'énergie stockée dépend de sa masse, de sa vitesse angulaire et de son rayon.
Q : Quelles sont les applications des volants d'inertie ?
R : Les volants d'inertie sont utilisés dans les moteurs qui utilisent des pistons pour fournir de la puissance car ils permettent de résoudre le problème du couple inégal qui modifie la vitesse de rotation. Ils sont également utilisés dans les bus pour l'arrêt et le démarrage, où l'énergie de rotation des roues est transférée au volant d'inertie afin qu'il puisse ralentir tout en accélérant.
Q : Quels facteurs influencent la quantité d'énergie qu'un volant d'inertie peut stocker ?
R : La quantité d'énergie stockée dans un volant d'inertie dépend de sa masse, de sa vitesse angulaire et de son rayon. Les masses plus lourdes avec des vitesses plus rapides nécessitent plus d'énergie pour les faire tourner que les masses plus légères avec des vitesses plus lentes.
Q : Toutes les roues sont-elles considérées comme des "volants d'inertie" ?
R : Non, toutes les roues ne sont pas considérées comme des "volants d'inertie". Les volants d'inertie sont spécifiquement conçus pour stocker l'énergie cinétique et doivent être lourds ou tourner rapidement afin de le faire efficacement.
Q : Comment un bus utilise-t-il un volant d'inertie ?
R : Les bus utilisent des volants d'inertie en les reliant à leurs roues lorsqu'ils s'arrêtent (par exemple, aux feux de signalisation). Cela permet de transférer l'énergie de rotation des roues au volant d'inertie afin qu'il puisse ralentir tout en accélérant à nouveau lors du redémarrage ultérieur.
