La molla di un flipper di costante elastica
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Categoria: FISICA | FORZE | FORZA ELASTICA
La molla di un flipper, di costante elastica k = 20 N/m, è lunga a riposo 5 cm. Viene compressa di 2 cm. Con quale forza spinge la pallina quando viene rilasciata? La forza elastica vale ora 0,6 N. Di quanto è stata compressa la molla?
1) Forze
Le forze occupano una posizione particolarmente rilevante nella fisica, in quanto fungono da tramite tra la matematica e il mondo fisico che ci circonda. Esse non solo catalizzano il cambiamento, modellando il dinamismo e la struttura delle particelle, ma incarnano anche il fulcro attraverso il quale si snodano interazioni fondamentali, dall’attrazione gravitazionale alla forza elettromagnetica. Nello studio delle forze ci imbattiamo in concetti di causa ed effetto, azione e reazione, esplorando le leggi che governano il moto e studiando i meccanismi invisibili che regolano le particelle.
2) Forza elastica
In questa lezione, ci immergeremo nel fascinante ambito della forza elastica, un concetto cruciale che entra in gioco ogni volta che interagiamo con oggetti come molle o elastici. La forza elastica è quella forza che tende a riportare un oggetto elastico alla sua forma originale dopo che è stato stirato o compresso. È come se l’oggetto avesse una sorta di “memoria” della sua forma iniziale e cercasse di tornarci non appena possibile. Diamo una definizione preliminare: la forza elastica è la forza esercitata da un oggetto elastico quando viene deformato, ed è direttamente proporzionale all’estensione o alla compressione subita.
Risoluzione – La molla di un flipper di costante elastica
Dati forniti:
– Costante elastica della molla $( k = 20 , \text{N/m} )$
– Lunghezza a riposo della molla $( L_0 = 5 , \text{cm} = 0.05 , \text{m} )$
– Compressione della molla $( \Delta L = 2 , \text{cm} = 0.02 , \text{m} )$
– Forza elastica $( F_{el2} = 0,6 \text{N} )$
Concetti chiave da utilizzare:
1. Forza elastica e legge di Hooke: La forza elastica di una molla segue la legge di Hooke, che afferma che la forza elastica è proporzionale allo spostamento dalla posizione di riposo e ha direzione opposta. La formula è:
$[ \vec{F} = -k \vec{x} ]$
Dove $( k )$ è la costante elastica e $( x )$ è lo spostamento rispetto alla posizione di riposo.
2. Modulo della forza elastica: Il modulo della forza elastica si calcola come:
$[ F = kx ]$
Risoluzione:
Parte 1: Con quale forza spinge la pallina quando viene rilasciata?
Utilizzando la legge di Hooke, possiamo calcolare la forza elastica quando la molla viene compressa di 2 cm:
$[ F_{el1} = k \times \Delta L ]$
$[ F_{el1} = 20 , \text{N/m} \times 0.02 , \text{m} = 0.4 , \text{N} ]$
Quindi, quando la molla viene rilasciata, spinge la pallina con una forza di $( 0.4 , \text{N} )$.
Parte 2: Di quanto è stata compressa la molla quando la forza elastica vale 0,6 N?
Utilizzando la legge di Hooke in forma invertita, possiamo trovare la compressione $( x )$ della molla data una certa forza elastica:
$[ x = \frac{F_{el}}{k} ]$
$[ x = \frac{0.6 , \text{N}}{20 , \text{N/m}} = 0.03 , \text{m} = 3 , \text{cm} ]$
Quindi, la molla è stata compressa di 3 cm per produrre una forza elastica di $( 0,6 \text{N} )$.
Riepilogo:
1. Quando la molla viene compressa di 2 cm, spinge la pallina con una forza di $( 0.4 \text{N} )$.
2. Per produrre una forza elastica di $( 0,6 \text{N} )$, la molla deve essere compressa di 3 cm.