Legge di Hooke e molle — Fisica, 14–17 anni
In una molla o in un materiale elastico, l'allungamento cresce di solito nella stessa proporzione della forza applicata, fino a un limite. Questo permette di misurare le forze e prevedere quando un materiale non tornerà più alla sua forma.
Forza e allungamento
La legge di Hooke dice che, entro il limite elastico, l'allungamento è proporzionale alla forza: F = kx. Qui x è la variazione di lunghezza e k descrive quanto è rigida la molla. Un valore grande di k richiede più forza per ogni metro di allungamento.
Perché serve una legge per le molle
Gli inventori avevano bisogno di modi affidabili per far funzionare in modo prevedibile bilance, orologi e sospensioni. Le prove mostrarono che molte molle rispondono linearmente all'inizio, ma non per sempre. La legge di Hooke descrive la zona utile e ricorda che una molla può essere allungata troppo.
Calcolare l'allungamento
Una molla ha k = 80 N/m e vi si applica una forza di 12 N. Si parte da F = kx. Si ricava x: x = F/k = 12/80 = 0,15 m, cioè 15 cm. Il risultato è valido solo se 12 N è nella zona proporzionale ed elastica della molla.
L'errore più comune
L'errore più tentante è supporre che raddoppiare la forza raddoppi sempre l'allungamento. Sembra logico perché le prime misure spesso lo mostrano, ma alla fine la molla si deforma in modo permanente o si rompe. Controlla il grafico o il limite indicato prima di usare F = kx.
Dove si usa
Un dinamometro misura un peso perché una forza nota produce un allungamento misurabile. Le sospensioni delle automobili usano molle per sostenere il veicolo permettendo movimenti controllati, e alcuni sensori trasformano piccoli allungamenti in letture. Questi sistemi devono restare entro limiti sicuri, perché i materiali reali non sono perfetti.
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