Forza elastica – esercizi svolti

PAGINA DI ESERCIZI

  • Esercizio 1 (molla orizzontale)

Il problema ci da come dati la forza esterna che fa allungare la molla (30 N) e l'allungamento massimo (0,5 m). Quando la molla raggiunge l'allungamento massimo la forza elastica e la forza esterna si equivalgono.

$F_e=kΔx$

Dove $F_e$ sta per forza esterna. Da questa formula possiamo ricavare la costante elastica

$k=\frac{F_e}{Δx}=60 N/m$

 

  • Esercizi 2 (molla orizzontale)

L'allungamento della molla indica la variazione di lunghezza. Cioè $Δx$ è la differenza tra la lunghezza totale della molla ($x$) e la lunghezza a riposo ($x_0$).

$F_e=k(x-x_0)$

Il problema ci chiede la lunghezza totale, quindi dobbiamo risolvere l'equazione per x

$\frac{F_e}{k}=x-x_0$

$x=\frac{F_e}{k}+x_0=0,22m$

 

  • Esercizio 3 (due molle orizzontali)

Per prima cosa scriviamo le equazioni delle forze elastiche delle due molle a cui è applicata la stessa forza F di 5 N

$F=k_1Δx_1$

$F=k_2Δx_2$

Da queste equazioni possiamo ricavare le due costanti elastiche sapendo che le due $Δx$ valgono 0,1m e 0,2m

$k_1=\frac{F}{Δx_1}=100 N/m$

$k_2=\frac{F}{Δx_2}=50 N/m$

La relazione che lega forza elastica e allungamento delle molle è semplicemente l'equazione della forza elastica che ha come incognita l'allungamento delle molle

$F_1=100Δx_1$

$F_2=50Δx_2$

 

  • Esercizio 4 (molla verticale)

Sulla molla in equilibrio sono applicate due forze, la forza elastica e la forza peso dell'oggetto attaccato.

In un sistema in equilibrio le due forze opposte sono uguali tra loro

$F_e=F_p$

In cui $F_p$ è la forza peso dell'oggetto attaccato e $F_e$ è la forza elastica della molla che si oppone al peso dell'oggetto. Sostituendo le due forze otteniamo

$kΔx=mg$

Da questa formula possiamo ricavare l'allungamento della molla

$Δx=\frac{mg}{k}≈0,01m$

 

  • Esercizio 5 (due molle verticali)

Ogni molla si allunga fino a quando non è in equilibrio con la massa. Quindi possiamo scrivere che ognuna delle due molle è in equilibrio con il corpo appeso.

$mg=k_1Δx_1$

$mg=k_2Δx_2$

In questo modo possiamo ricavare gli allungamenti delle due molle

$Δx_1=\frac{mg}{k_1}=0,017m$

$Δx_2=\frac{mg}{k_2}=0,011m$

Per rispondere alla seconda domanda, dobbiamo considerare le due molle come un unica molla con costante elastica $k_0$ e con allungamento totale dato dagli allungamenti delle singole molle

$F_e=k_0(Δx_1+Δx_2)$

Questa molla è anch'essa in equilibrio con l'oggetto appeso

$mg=k_0(Δx_1+Δx_2)$

Risolvendo l'equazione possiamo ricavare k_0

$k_0=\frac{mg}{Δx_1+Δx_2}=700,7N/m$

 

  • Esercizio 6 (molla su piano inclinato)

Per prima cosa disegniamo tutte le forze che agiscono sul corpo

Dove Fp parallela è mgsin(45°) mentre Fp perpendicolare è mgcos(45°)

EQUILIBRI DELLE FORZE

Dalla foto possiamo scrivere l'equilibrio delle forze sapendo che sono uguali tutte le forze che sono opposte tra loro

EQUILIBRIO ASSE X →$mgsin(45°)=F_A+F_E$

EQUILIBRIO ASSE Y → $mgcos(45°)=N$

RICAVARE LA FORZA DI ATTRITO

Dove $F_A$ è la forza di attrito e $F_E$ è la forza elastica.
La forza di attrito la possiamo calcolare usando il coefficiente di attrito statico fornito dai dati

$F_A=μ_S\cdot N$

La reazione vincolare la ricaviamo dall'equilibrio sull'asse Y

$F_A=μ_S\cdot mgcos(45°)=2,77N$

RICAVARE LA FORZA ELASTICA

In questo modo possiamo ricavare la forza elastica tramite l'equilibrio sull'asse X

$mgsin(45°)=F_A+F_E$

Da questa equazione ricaviamo $F_E$

$F_E=mgsin(45°)-F_A=13,87N-2,77N$

$F_E=11,1N$

SOLUZIONE

Dalla formula della forza elastica

$F_E=kΔx$

Conosciamo la forza elastica e la costante elastica (ricavata dai dati del problema), quindi possiamo ricavare l'allungamento della molla

$Δx=\frac{F_E}{k}=0,28m$