Costante di primavera vs fattore di rigidità
La costante della molla e il fattore di rigidità sono due grandezze molto importanti quando si studia il campo dell'elasticità. Queste quantità svolgono un ruolo fondamentale in quasi tutti i calcoli in questo campo. In questo articolo, discuteremo cosa sono la costante elastica e il fattore di rigidità, le loro definizioni, le applicazioni del fattore di rigidità e della costante elastica, le somiglianze e infine la differenza tra il fattore di rigidità e la costante elastica.
Costante di primavera
L'elasticità è una proprietà molto utile della materia. È la capacità dei materiali di tornare alla loro forma originale dopo che le forze esterne sono state rimosse. Si osserva che la forza richiesta per mantenere tesa una molla elastica è proporzionale alla lunghezza allungata della molla. La costante di proporzionalità è nota come costante elastica ed è indicata con k. Questo ci dà l'equazione F=-kx. Il segno meno sta per la direzione inversa di x alla forza. La costante della molla è definita come la forza richiesta per allungare la molla per unità di lunghezza. Le unità della costante elastica sono Newton per metro. La costante elastica è una proprietà dell'oggetto. L'energia potenziale elastica del sistema è la quantità di lavoro necessaria per allungare l'oggetto elastico di una data lunghezza x. Poiché la forza applicata F(x)=kx, il lavoro svolto è uguale all'integrazione di F(x) da zero a x, rispetto a dx; che è uguale a kx2/2. Pertanto, l'energia potenziale è kx2/2. Va notato che l'energia potenziale di qualsiasi oggetto attaccato all'estremità dell'asta non dipende dalla massa dell'oggetto ma solo dalla costante elastica e dalla lunghezza allungata.
Fattore di rigidità (modulo di Young)
Il modulo di Young è una proprietà molto importante della materia e viene utilizzato per caratterizzare la rigidità del materiale. Il modulo di Young è il rapporto tra la pressione sull'oggetto (stress) e la deformazione dell'oggetto. Poiché la deformazione è adimensionale, le unità del modulo di Young sono uguali alle unità di pressione, che è Newton per metro quadrato. Per alcuni materiali, il modulo di Young è costante in un certo intervallo di sollecitazioni. Questi materiali obbediscono alla legge di Hooke e si dice che siano materiali lineari. I materiali, che non hanno un modulo di Young costante, sono noti come materiali non lineari. Deve essere chiaro che il modulo di Young è una proprietà del materiale, non dell'oggetto. Oggetti diversi realizzati con lo stesso materiale avranno lo stesso modulo di Young. Il modulo di Young prende il nome dal fisico Thomas Young. Il modulo di Young può anche essere definito come la pressione richiesta per avere una deformazione unitaria sul materiale. Anche se le unità del modulo di Young sono Pascal, non è ampiamente utilizzato. Unità di grandi dimensioni come Mega Pascal o Gigapascal sono le unità utili.
Qual è la differenza tra la costante elastica e il fattore di rigidità?
• La costante elastica è una proprietà dell'oggetto. Il fattore di rigidità è una proprietà del materiale.
• Lo stesso oggetto realizzato con materiali diversi avrà costanti elastiche diverse.
