- Qual è la legge di Hooke?
- Formula della legge di Hooke per le molle
- Applicazioni della legge di Hooke
- Legge di Hooke ed elasticità
Spieghiamo cos'è la legge di Hooke, la sua formula e le sue applicazioni in ingegneria e architettura. Inoltre, come viene calcolata l'elasticità.
Qual è la legge di Hooke?
La legge di elasticità di Hooke, o semplicemente la legge di Hooke, è il principio fisico attorno al comportamento elastico di solido. Fu formulato nel 1660 dallo scienziato britannico Robert Hooke, contemporaneo del famoso Isaac Newton.
Il precetto teorico di questa legge è che il Dislocamento o la deformazione subita da un oggetto sottoposto ad a forza, sarà direttamente proporzionale alla forza di deformazione o al carico. Cioè, maggiore è la forza, maggiore è la deformazione o spostamento, o come lo stesso Hooke ha formulato in latino: Ut tensio sic vis ("Come l'estensione, così la forza").
La legge di Hooke è estremamente importante in vari campi, come il fisico e lo studio delle molle elastiche (la sua dimostrazione più frequente). È un concetto fondamentale per l'ingegneria e l'architettura, la costruzione e design, poiché consente di prevedere il modo in cui una forza prolungata o a peso altererà le dimensioni degli oggetti nel tempo metereologico.
Si dice che questa legge sia stata pubblicata da Hooke sotto forma di un misterioso anagramma (ceiiinosssttuv), da cui si può ricostruire l'enunciato latino della sua legge, perché temeva che qualcuno potesse impossessarsi abusivamente della sua scoperta. Un paio di anni dopo, tuttavia, rese pubbliche le sue scoperte.
Formula della legge di Hooke per le molle
La formula più comune per la legge di Hooke è la seguente:
F = -k. L
Dove:
- F è la forza di deformazione
- L è la variazione che lunghezza della molla, una compressione o un'estensione.
- K è la costante di proporzionalità battezzata come costante di primavera, generalmente espresso in Newton su metri (N/m).
Per calcolare ΔL, cioè la deformazione dell'oggetto, è necessario conoscere la lunghezza iniziale (L0) e la lunghezza finale (Lf).
Guarda anche:Elasticità in fisica
Applicazioni della legge di Hooke
La legge di Hooke è estremamente utile in tutti quei campi in cui la conoscenza pieno della capacità elastica dei materiali. Ingegneria, architettura e la costruzione sono discipline in cui viene utilizzato più frequentemente.
Ad esempio, questa legge permette di prevedere l'effetto che il peso delle automobili avrà su un ponte e sui materiali di cui è fatto (come il metallo). Consente inoltre di calcolare il comportamento di un soffietto o di un insieme di molle, all'interno di una specifica macchina o dispositivo industriale.
L'applicazione più nota della legge di Hooke è lo sviluppo dei dinamometri: dispositivi costituiti da una molla e da una scala che consentono di misurare le forze in modo scalare.
Legge di Hooke ed elasticità
L'applicazione della legge di Hooke per calcolare il elasticità varia se si tratta di molle, o solido elastico.
Per calcolare l'elasticità delle molle si applica l'“equazione della molla”, che è il modo più generale di porre la formula della legge di Hooke (la stessa che abbiamo proposto sopra: F = -k. ΔL).
Conoscendo la costante della molla k e la massa dell'oggetto connesso alla molla, la frequenza angolare di oscillazione della molla (ω) può essere calcolata con la seguente formula:
= √k / m
D'altra parte, per calcolare l'elasticità dei solidi elastici, la legge delle molle deve essere generalizzata, poiché la distribuzione degli sforzi nei loro corpi è molto più complicata di un soffietto.
Per questo vengono utilizzate le equazioni di Lamé-Hooke, che hanno formule specifiche per ogni solido in base alla sua forma specifica: unidimensionale, isotropo tridimensionale o ortotropo tridimensionale. Ma questi sono argomenti che richiedono un'elaborazione molto più complessa e tecnica.