La forza elastica

La forza elastica

La forza elastica è una grandezza fisica che riporta un oggetto deformato a causa di una forza di natura diversa allo stato iniziale prima di essere stato sottoposto a questa sollecitazione.

Si può avere un’idea immediata di questo tipo di forza pensando ad una molla. Se noi la tiriamo essa si allunga ma appena smettiamo di esercitare questa forza la molla ritorna alla lunghezza originaria. La forza necessaria per ritornare allo stato iniziale viene definita forza elastica o forza di richiamo ed è una grandezza vettoriale, con direzione e modulo uguali alla forza che ha allungato la molla ma di verso opposto.

Vedi anche: I vettori

E’ possibile misurare la forza elastica di una molla disponendola in verticale accanto ad un’asta graduata appesa su un estremo e allungandola agganciando sull’altro estremo dei corpi di cui si conosce già il peso. Si scopre così che la forza di richiamo è direttamente proporzionale all’allungamento della molla, cioè variando l’allungamento anche la forza di richiamo varierà allo stesso modo: raddoppiando la prima grandezza, raddoppia anche l’altra; triplicandone una lo fa anche l’altra.

Formula della forza elastica e legge di Hooke

Quando una molla viene fissata per un estremo, la sua lunghezza quando non viene sottoposta a nessun tipo di sollecitazione viene definita lunghezza a riposo. L’allungamento dovuto quando viene agganciato un peso all’altro suo estremo viene chiamato deformazione e la forza necessaria per ritornare alla lunghezza originale viene definita di richiamo o elastica.

Com’è stato detto sopra, le due grandezze sono direttamente proporzionali e, quindi, il rapporto tra la forza elastica e l’allungamento è sempre uguale e viene chiamato costante elastica e dipende dal tipo di molla.

Queste affermazioni sono la base della legge enunciata nel 1660 dal fisico Robert Hooke, da cui deriva la formula per ricavare la forza elastica che equivale al prodotto dell’inverso della costante elastica per l’allungamento o lo spostamento della molla:

  • F = – k ∙ s

Infatti se tiriamo una molla la forza di richiamo tenderà a riportarla indietro mentre se comprimiamo la molla, la forza elastica tenderà ad allungarla per riportarla allo stato originale. Conoscendo la costante elastica di una molla, possiamo facilmente ricavare una grandezza conoscendo l’altra tramite la formula inversa ottenuta applicando il secondo principio di equivalenza:

  • F / s = – k
  • F = – k / s
  • s = F / – k

La legge di Hooke non è assoluta: ciascun corpo ha un limite di elasticità oltre il quale le deformazioni non generano più forze di richiamo direttamente proporzionali all’allungamento o spostamento o diventano irreversibili. I corpi che rispettano fino ad un certo limite la legge di Hooke vengono definiti elastici mentre quelli che anche sotto piccole sollecitazioni non ritornano più alla forma originale a motivo del materiale di cui sono fatti vengono chiamati anelastici.

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