Come calcolare la forza elastica e il moto armonico
Come calcolare la forza elastica e moto armonico in fisica? Spiegazione semplice della legge di Hooke, formule ed esempi
Indice
Forza elastica e moto armonico: introduzione
Per molti studenti la fisica è una delle materie più complicate e difficili da affrontare a scuola, con tutte le formule e le definizioni da imparare, ma basta una guida chiara e semplice per riuscire a comprendere i concetti fondamentali.
In questa guida vedremo come calcolare la forza elastica e il moto armonico con una semplice e breve spiegazione.
La forza elastica e il moto armonico: formule
Innanzitutto per parlare della forza elastica, dovremo avere necessariamente un corpo attaccato ad una molla. Prendiamo il caso in cui la molla sia poggiata su un piano orizzontale senza attrito e che compia movimenti orizzontali rispetto alla posizione di equilibrio.
Il corpo è soggetto ad una forza, ossia la nostra Forza Elastica, che tende a richiamare il corpo nella posizione di equilibrio e tale posizione è data dalla legge F = - ks dove "F" è la forza elastica, "k" è una costante caratteristica della molla ed "s" è lo spostamento dalla posizione di equilibrio.
Il segno meno indica che "F" e "s" sono sempre opposti perché l'una è la forza che tende a riportare il corpo nella posizione di equilibrio e "s", invece, nel verso opposto.
Questa semplice formula va sotto il nome di Legge di Hooke dall'omonimo scienziato che la formulò. Ricordiamoci sempre che "F" ed "s" sono dei vettori. Se ci interessa calcolare l'unità di misura della costante "k" consideriamo per un momento solo i moduli dei vettori e otterremo che k =F/s.
Poiché l'unità di misura della forza "F" è il Newton e quella dello spostamento è il metro, allora l'unità di misura di "k" sarà: k = N/m.
Il corpo attaccato alla molla avrà di certo una massa "m" e in base al secondo principio della dinamica (F = ma, ossia massa per accelerazione) possiamo scrivere F = ma = - ks.
Per capire meglio andiamo a sostituire ad F l'equazione "ma" e otteniamo ma = - ks. Isoliamo la "a" ossia l'accelerazione e otteniamo che è a = - ks/m.
Questa equazione esprime il moto armonico, cioè un moto in cui l'accelerazione ha la stessa direzione dello spostamento, il verso opposto e modulo direttamente proporzionale a quello dello spostamento.
Quindi, seguendo i pochi e semplici passaggi riportati all'interno di questa guida, sapremo finalmente come fare per riuscire a calcolare la forza elastica e il moto armonico.
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