forza elastica e energia potenziale elastica


Per corpi elastici intendiamo quelli che sottoposti ad una deformazione causata da una forza, al cessare della forza ritornano nelle condizioni iniziali.

Quindi, quando si applica una forza F ad una molla (classico esempio di corpo elastico)  questa reagisce con una forza pari a Fe=-KΔl  , dove k è detta costante elastica ed è una caratteristica di quel particolare corpo elastico, mentre Δl indica la deformazione del corpo stesso.

 


Fe=-KΔ è detta Legge di Hooke e sostanzialmente stabilisce che c'è proporzionalità diretta fra forza applicata e allungamento.

 

e ne avevamo già data una giustificazione sperimentale lo scorso anno studiando gli allungamenti di diverse molle al variare della forza applicata


 

L'energia potenziale elastica

Ricordiamo che l'allungamento di una molla è proporzionale alla forza ad essa applicata e che in laboratorio abbiamo ottenuto il seguente schematizzato a fianco.

Una molla rigida è rappresentata da una retta molto pendente, mentre una molla poco rigida è rappresentata da una retta poco pendente (più vicina all'orizzontale.)

Osservando il grafico, si può determinare il valore della costante elastica K della molla che è proprio F/X Ora, calcoliamo il lavoro necessario a allungare una molla di X: questo lavoro è il prodotto della forza per l'allungamento e quindi,  dall’area sottostante il grafico.

Si ottiene un triangolo rettangolo. 

Il lavoro della forza che allunga una molla è l’area del triangolo rettangolo: Area = base x altezza /2 =  Spostamento x forza / 2            Lavoro =   X * K X / 2 = 1/2 K X²


In breve: 

Una molla a riposo, che non venga ne compressa ne estesa, ha energia potenziale elastica nulla. Se la stessa molla la si comprime o la si estende, essa acquista energia potenziale elastica proporzionale all'estensione o alla compressione rispetto alla lunghezza a riposo della molla.

L'energia potenziale elastica Ee immagazzinata da una molla con costante elastica k e compressa (o estesa) di una lunghezza xrispetto alla posizione a riposo vale Ee= 1/2 K x²


Esempio: Se una molla con costante elastica K=220N/m  è compressa di X = 0,15 m , allora 

 l'energia potenziale elastica immagazzinata dalla molla vale

Uel= 220*0,15² =  4,95joule