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Forza elastica della molla

      

Un tipico fenomeno di deformazione è l’allungamento di una molla sotto l’effetto di una forza. La molla è un corpo elastico che si deforma, cioè si allunga quando è sottoposta ad una forza.

L’allungamento di una molla è funzione del peso applicato. Una molla, però, non può sopportare un peso qualsiasi. Un carico che supera il limite dell’elasticità, che viene chiamato anche carico di snervamento, provoca una deformazione permanente della molla.

Indicando con Fs la forza critica di snervamento per una molla, gli allungamenti saranno direttamente proporzionali alla forza applicata se questa è minore di Fs . In tal caso la molla mantiene la sua elasticità, cioè tolta la forza che causa la deformazione, la molla torna nelle sue condizioni iniziali di riposo.

allungamento elastico della molla

Legge di Hooke

      

La forza $F↖{→}$ è direttamente proporzionale allo spostamento $s↖{→}$ dalla posizione di riposo.

legge di Hooke

La costante di proporzionalità k è denominata costante elastica della molla ed è uguale al rapporto tra il modulo della forza elastica e il modulo dello spostamento.

$$k=F/s$$

costante elastica di una molla

Forza di richiamo

      

La legge di Hooke per come viene scritta (col segno meno) si riferisce alla forza elastica di richiamo della molla.
Se immaginiamo di applicare una forza $F↖{→}$ per determinarne un dato allungamento $s↖{→}$ possiamo portare la molla ad un nuovo stato dove due forze si trovano in equilibrio: la forza applicata e quella di richiamo.

forza di richiamo della molla

Per il terzo principio della dinamica queste due forze sono uguali e contrarie. In questo modo la forza netta risultante sulla molla sarà nulla e il "sistema molla" rimane fermo in questa nuova configurazione deformata rispetto alla situazione iniziale di riposo.
La forza espressa dalla legge di Hooke rappresenta dunque una forza interna reattiva del sistema.

limiti di applicabilità dell legge di hooke
Ricapitolando, nel caso della molla soggetta ad una trazione, la forza esterna applicata ha modulo $k·s$ ed è diretta verso destra con senso crescente dell'asse x. La forza di richiamo, ha sempre modulo $k·s$ con direzione orizzontale in senso decrescente dei valori di x, ed è pertanto negativa come espresso dalla legge di Hooke. La nostra molla è dunque sottoposta a due forze uguali e contrarie. La risultante della forza netta sulla molla è nulla e pertanto il sistema è deformato ma fermo.

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