Fuerza elástica

Fuerzas de restitución elástica en resortes y cuerpos deformables mediante la ley de Hooke.

Idea general del tema

La fuerza elástica es la que ejerce un muelle, una goma o cualquier cuerpo deformable cuando se le estira o comprime respecto de su posición natural. Para deformaciones pequeñas es proporcional al alargamiento y se dirige siempre hacia la posición de equilibrio, por eso se llama fuerza recuperadora.

Este tema presenta la ley de Hooke, la constante elástica como medida de la rigidez, y los sistemas de varios muelles, donde la constante equivalente depende de si están en serie o en paralelo. También señala su límite: pasado cierto estiramiento el material deja de ser elástico y la proporcionalidad se pierde.

Qué se comprende al terminar

Al terminar, el alumno debe ser capaz de calcular la fuerza de un muelle a partir de su deformación, interpretar el signo de la fuerza respecto del sentido de la deformación y obtener la posición de equilibrio de un cuerpo colgado de un muelle.

Asimismo, debe combinar muelles en serie y en paralelo y reconocer cuándo la ley de Hooke deja de ser válida.

Ruta didáctica recomendada

1. Ley de Hooke: enuncia la proporcionalidad entre fuerza y deformación, define la constante elástica y estudia su signo y sus límites.
2. Sistemas con muelles: combina varios muelles, calcula la constante equivalente y resuelve el equilibrio de cuerpos unidos a ellos.

Criterio físico que hay que adquirir

El criterio esencial es medir siempre la deformación desde la longitud natural del muelle, no desde su longitud total, y dar a la fuerza el sentido que tiende a restituir esa longitud. Mezclar el origen de la deformación o el signo conduce a errores de magnitud y de sentido de la fuerza.

Conexión con problemas reales

• básculas de muelle y dinamómetros.
• suspensiones de vehículos y amortiguadores.
• colchones, trampolines y mecanismos de retorno.
• materiales: rigidez y límite elástico.

Objetivo final del tema

El objetivo final es aplicar la ley de Hooke a muelles aislados y asociados, calcular fuerzas y posiciones de equilibrio y reconocer su rango de validez.