Forza elastica
Che cos'è la forza elastica?
La forza elastica è la forza con cui reagiscono i materiali quando questi vengono deformati.
In particolare per i materiali detti elastici vale la legge di Hooke che afferma che la forza elastica è direttamente proporzionale alla deformazione e di verso opposto a questa (si dice infatti che è una forza di richiamo).
Il coefficiente di proporzionalità diretta tra forza elastica e deformazione si dice costante elastica e l'unità di misura è il N/m.
Formula della forza elastica
La forza elastica è data dal prodotto della costante elastica K del materiale per la deformazione Δs:
F = - K · Δs
Il segno meno sta a significare che la forza è rivolta in verso contrario alla forza che provoca la deformazione del materiale.
Tipico esempio di materiale elastico è il caso della molla. Se appendiamo una massa all'estremità di una molla e ne misuriamo la deformazione, possiamo agevolmente calcolarne la costante elastica:
Legge di Hooke: F = K · Δs
Forza Peso = m · g
Una volta appeso il corpo rientriamo in un caso statico (tutto è fermo):
Forza elastica = Forza peso
K · Δs = m · g
da cui
K = (m · g)/ Δs
Il verso della forza elastica
In base alla formula:
F = - K · Δs
se la molla viene allungata allora l'allungamento sarà positivo (Δs >0) e quindi il verso della forza elastica sarà rivolta verso la molla; se invece la molla viene compressa (Δs < 0) allora la forza sarà rivolta verso l'esterno mentre la forza che comprime la molla è diretta verso l'interno:
Forza elastica e legge di Hooke
In base alla legge di Hooke:
F = K · Δs
Forza e deformazione sono due grandezze direttamente proporzionali, per cui al raddoppiare, triplicare …. dell'una raddoppia, triplica…anche l'altra.
Il grafico che riporta la deformazione sull'asse delle x e la forza elastica sull'asse y è una retta passante per l'origine; la pendenza della retta rappresenta la costante elastica K della molla:
Dal grafico si evince che forza elastica e deformazione sono direttamente proporzionali.
Infine ricordiamo che la forza elastica è una forza conservativa.
Esercizio sulla costante elastica
Due diverse molle sono sottoposte a prove di carico e si ottengono i seguenti risultati:
Asse x : allungamento
Asse y: forza applicata
Quale tra le due molle ha costante elastica maggiore?
Lo svolgimento dell'esercizio lo trovi qui: esercizio sulla costante elastica.
Link correlati:
Quali sono le formule inverse della forza elastica?
Studia con noi