Volano (meccanica)
Un volano è un disco o una ruota pesante che viene fissato ad un albero rotante. I volani sono utilizzati per l'immagazzinamento dell'energia cinetica. Lo slancio del volano fa sì che non cambi facilmente la sua velocità di rotazione. Per questo motivo, i volani aiutano a mantenere l'albero rotante alla stessa velocità. Questo aiuta quando la coppia applicata all'albero cambia spesso. Una coppia irregolare può cambiare la velocità di rotazione. Poiché il volano resiste ai cambiamenti di velocità, diminuisce gli effetti della coppia irregolare. I motori che usano i pistoni per fornire potenza di solito hanno una coppia irregolare e usano i volani per risolvere questo problema.
Ci vuole energia per far ruotare una ruota (qualsiasi ruota). Se c'è poco attrito (buoni cuscinetti) allora continuerà a ruotare a lungo. Quando l'energia è necessaria, può essere presa di nuovo dalla ruota. Quindi è un semplice mezzo meccanico per immagazzinare energia. La quantità di energia immagazzinata è una funzione del peso e della velocità di rotazione - far ruotare una ruota più pesante più velocemente richiede più energia. Un altro fattore è il raggio (dimensione), perché più lontano dall'asse è una parte della ruota, più energia ci vuole per farla ruotare. Questi tre fattori possono essere rappresentati da M (massa), ω {\i}, ω {\i}, \i}, \i\i}, \i\i}, \i\i}, \i\i} 
(velocità angolare) e R (raggio). Combinando le due equazioni sotto riportate si ottiene ω {\i\i} \i\i} 2MR2/4. Un volano non è una ruota qualsiasi, ma è progettato specificamente per immagazzinare energia. Quindi dovrebbe essere pesante e/o ruotare velocemente. Per esempio, alcuni autobus hanno un volano che viene utilizzato per fermarsi e partire. Quando l'autobus si ferma (ad esempio per un semaforo), il volano è collegato alle ruote, quindi l'energia di rotazione viene trasferita ad esso, in modo che l'autobus rallenti mentre il volano accelera. Poi, quando l'autobus deve ricominciare a guidare, viene ricollegato e l'energia viene trasferita indietro. Naturalmente, non si vorrebbe trascinare una ruota pesante su un autobus, quindi è fatto di un materiale più leggero che può sopportare una rotazione estremamente veloce.
Volano a raggiera
Semplice volano in movimento. Costruito su disegni di Leonardo da Vinci
Matematica dei volani
L'energia cinetica di un volano rotante è
E = 1 2 I ω 2 {\a6}{\a6} E={\a6}{\a6}{\a6}I\a6}I\a6}omega ^{2}} 
Dove il momento d'inerzia del centro di massa è pari a
I = 1 2 M R 2 {\frac {1}{2}}}MR^{2}}}MR^{2}} 
dove I \indisplaystyle I {\an8}è il
momento d'inerzia della massa intorno al centro di rotazione e ω \indisplaystyle \omega \an8} (omega) è la velocità angolare in unità radianti.
Storia
Il volano è stato utilizzato fin dall'antichità, l'esempio tradizionale più comune è il tornio da vasaio. Nella rivoluzione industriale, James Watt ha contribuito allo sviluppo del volano nel motore a vapore, e il suo contemporaneo James Pickard ha utilizzato un volano.
Altri significati
Nel mondo del capitale di rischio, il termine "volano" è usato per rappresentare il cuore ricorrente e generatore di margini di un'impresa.
Domande e risposte
D: Cos'è un volano?
R: Un volano è un disco o una ruota pesante che è collegato ad un albero rotante. Viene utilizzato per immagazzinare l'energia cinetica e aiuta a mantenere l'albero in rotazione alla stessa velocità, resistendo alle variazioni di velocità dovute a una coppia non uniforme.
D: Come fa un volano ad accumulare energia?
R: Un volano immagazzina l'energia prendendola dalla ruota quando ruota, per poi rilasciarla di nuovo quando è necessaria l'energia. La quantità di energia immagazzinata dipende dalla massa, dalla velocità angolare e dal raggio.
D: Quali sono alcune applicazioni dei volani?
R: I volani sono utilizzati nei motori che utilizzano i pistoni per fornire potenza, in quanto aiutano a risolvere il problema della coppia irregolare che cambia la velocità di rotazione. Vengono utilizzati anche negli autobus per l'arresto e l'avviamento, dove l'energia di rotazione delle ruote viene trasferita al volano, in modo che possa rallentare mentre accelera.
D: Quali fattori influenzano la quantità di energia che un volano può immagazzinare?
R: La quantità di energia immagazzinata in un volano dipende dalla sua massa, dalla velocità angolare e dal raggio. I pesi più pesanti con velocità più elevate richiedono più energia per essere ruotati rispetto ai pesi più leggeri con velocità più basse.
D: Tutte le ruote sono considerate "volani"?
R: No, non tutte le ruote sono considerate 'volani'. I volani sono progettati specificamente per immagazzinare energia cinetica e devono essere pesanti o ruotare velocemente per poterlo fare in modo efficace.
D: Come fa un autobus a utilizzare un volano?
R: Gli autobus utilizzano i volani collegandoli alle ruote quando si fermano (ad esempio, ai semafori). Questo trasferisce l'energia di rotazione dalle ruote al volano, in modo che possa rallentare e accelerare di nuovo quando riparte più tardi.
