Ley de Hooke y muelles — Física, 14–17 años
En un muelle o material elástico, el alargamiento suele aumentar en proporción a la fuerza aplicada, hasta cierto límite. Esto permite medir fuerzas y predecir cuándo un material dejará de recuperar su forma.
Fuerza y alargamiento
La ley de Hooke dice que, dentro del límite elástico, el alargamiento es proporcional a la fuerza: F = kx. Aquí x es el cambio de longitud y k indica lo rígido que es el muelle. Un valor grande de k requiere más fuerza por cada metro de alargamiento.
Por qué hace falta una ley para los muelles
Los inventores necesitaban formas fiables de hacer que básculas, relojes y suspensiones funcionaran de manera predecible. Las pruebas mostraron que muchos muelles responden de forma lineal al principio, pero no para siempre. La ley de Hooke describe esa zona útil y advierte que un muelle puede estirarse demasiado.
Calcular el alargamiento
Un muelle tiene k = 80 N/m y se le aplica una fuerza de 12 N. Empezamos con F = kx. Despejamos: x = F/k = 12/80 = 0,15 m, es decir, 15 cm. El resultado solo es válido si 12 N está dentro de la zona proporcional y elástica del muelle.
El error habitual
El error tentador es suponer que duplicar la fuerza siempre duplica el alargamiento. Parece razonable porque las primeras mediciones suelen mostrarlo, pero el muelle acaba deformándose permanentemente o rompiéndose. Comprueba la gráfica o el límite indicado antes de usar F = kx.
Dónde se utiliza
Un dinamómetro mide el peso porque una fuerza conocida produce un alargamiento medible. Las suspensiones de los automóviles usan muelles para sostener el vehículo y permitir movimientos controlados, y algunos sensores convierten pequeños alargamientos en lecturas. Estos diseños deben respetar límites seguros, porque los materiales reales no son ideales.
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