Si estiras una goma elástica o un neumático hasta cierto punto, se estirará. Al soltar la tensión, recuperará su longitud original. De forma similar, al estirar un muelle, este también se estirará. Al soltarlo, recuperará su longitud original. Un muelle o una goma elástica se estiran al ser estirados y recuperan su longitud original al liberar la tensión, debido a su elasticidad. La elasticidad es la capacidad de un objeto para recuperar su forma original cuando se elimina la fuerza aplicada.
¿Alguna vez has masticado chicle? Si lo estiras con ambas manos, se alargará. Al soltarlo, su forma se mantiene o su longitud no vuelve a su estado original. Lo mismo ocurre con la plastilina, la arcilla, etc. Objetos como el chicle, la plastilina y la arcilla se denominan objetos plásticos. Los objetos elásticos, como los resortes, también pueden volverse plásticos si se estiran con mucha fuerza y superan su límite elástico.
Si se tira del resorte hacia la derecha, se estirará y aumentará su longitud (Figura 1). Si la fuerza de tracción no es muy grande, se observa que el aumento de longitud del resorte es proporcional a la magnitud de dicha fuerza (F). En otras palabras, cuanto mayor sea la fuerza de tracción, mayor será el aumento de longitud del resorte. La relación entre la magnitud de la fuerza de tracción (F) y el aumento de longitud del resorte es un valor constante.
La relación entre la fuerza (F) y el aumento de la longitud del resorte es constante, lo cual se indica mediante la misma pendiente del gráfico (figura 2).
k es la constante elástica o coeficiente de elasticidad del resorte, o una medida de su flexibilidad. Esta relación fue observada por primera vez por Robert Hooke (1635-1703) en 1678, por lo que se la conoce como la ley de Hooke.
Si la magnitud de la fuerza aplicada a un resorte excede su límite elástico, al retirar la fuerza, el resorte no recuperará su longitud original. La ley de Hooke solo se aplica hasta el límite elástico . El límite elástico de un resorte es la fuerza máxima que se le puede aplicar antes de que se deforme permanentemente y su longitud no pueda volver a su estado original. Si la magnitud de la fuerza continúa aumentando, el resorte se dañará.
Ejemplo de
1. Preguntas del examen nacional de 2018
Una flecha está sujeta a la cuerda de un arco y se tensa con una fuerza de 20 N, de modo que la cuerda se estira 20 cm. Se ignora la fricción del aire y la masa de la flecha es de 250 gramos, por lo que la velocidad de la flecha al ser disparada es…
Discusión
Es sabido:
Fuerza (F) = 20 N
Incremento de longitud ( s) = 20 cm = 0,2 m
Masa de la flecha (m) = 250 gramos = 0,25 kg
Velocidad inicial (v o ) = 0 m/s
Pregunta: ¿Cuál es la velocidad de la flecha cuando se dispara desde el arco?
Respuesta:
Trabajo (W) = cambio en la energía cinética ( ΔEK)
W = F s = (20)(0,2) = 4
EK = 1/2 m (vt2 - vo2) = 1/2 m (vt2) = 1/2 (0,25)(vt2) = 1/2 (0,25)(vt2) = 0,125 vt2
W = ΔEK
F s = 1/2 m (v t 2 )
4 = 0,125 v t 2
4/0,125 = v t 2
v t 2 = 32
v t = √32
v t = √(16)(2)
v t = 4√2 m/s
