Significado del ángulo de hélice: funcionamiento y características

Una hélice es una curva de pendiente constante que gira alrededor de un eje central, muy parecido a una escalera de caracol. El ángulo de la hélice es la tangente de la curva en comparación con el eje. Las hélices son comunes en la naturaleza y en dispositivos mecánicos. El ángulo determina muchas otras propiedades de una hélice.

El ejemplo más famoso de hélices es la estructura de doble hélice del ADN.

Los ingenieros mecánicos se preocupan por el ángulo de la hélice de muchos de sus diseños. Los tornillos y pernos roscados muestran un ángulo que determina la cantidad de mordida o material nuevo que recogerá el tornillo con cada vuelta. Se requiere más fuerza para girar un dispositivo con un ángulo de hélice mayor. Asimismo, un tornillo con un ángulo mayor sujetará con más fuerza.

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Los transportadores de tornillo emplean hélices para transportar muchos materiales granulares o de tipo pasta. A Arquímedes, el filósofo griego antiguo, se le atribuye la invención del transportador de tornillo sin fin . Usó un gran tornillo de madera tallada dentro de un tronco de árbol hueco. Al girar el tornillo, el agua se puede mover cuesta arriba para fines de riego.

Los resortes ilustran otra característica útil de las hélices. Además de la capacidad de transportar y unir materiales, las hélices almacenan energía en su diseño geométrico que se puede utilizar. La energía de un saltador, los golpes de un automóvil o los resortes de la cama proviene de la compresión y posterior expansión de la bobina. El ángulo de la hélice, así como el material de construcción, determina la fuerza necesaria para comprimir el resorte.

En biología se encuentran muchos ejemplos de hélices. El giro de los zarcillos de una planta de guisantes sigue un ángulo de hélice fijo, aunque el diámetro del giro puede variar. Asimismo, las caracolas y muchas otras conchas presentan un ángulo fijo. Algunos tienen un diámetro creciente con cada adición de crecimiento, mientras que otros tienen un diámetro fijo creando una forma de tubo largo.

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Quizás el ejemplo más famoso de hélices en la naturaleza es la doble hélice de la molécula de ácido nucleico ( ADN ) de desoxirribosa . El ADN es la base molecular de la genética . El ángulo de doble hélice único es tan regular que la estructura de la molécula se pudo discernir mediante técnicas de cristalografía.

Matemáticamente, una hélice es simplemente el rastro de un círculo con una dimensión z creciente. Las coordenadas cartesianas están dadas por: x = r cos t, y = r sen t, z = ct; donde r es el radio y 2 ? c es el paso o la distancia vertical entre bucles. Según el teorema de Lancret, si r / c = una constante, la curva es una hélice. En la práctica, las matemáticas del diseño de tornillos son bastante complicadas, ya que están involucrados muchos parámetros.

 

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