Come calcolare la forza elastica e il moto armonico

Molto spesso la fisica sembra complicatissima da capire, con tutte le definizioni da imparare e tutte le formule da comprendere, ma basta una guida chiara e semplice per riuscire a capire i concetti fondamentali. Nella guida seguente vedremo come fare per calcolare la forza elastica e il moto armonico con una semplice e rapida spiegazione.

Innanzitutto per parlare della forza elastica, dovremo avere necessariamente un corpo attaccato ad una molla. Prendiamo il caso in cui la molla sia poggiata su un piano orizzontale senza attrito e che compia movimenti orizzontali rispetto alla posizione di equilibrio. Il corpo è soggetto ad una forza ossia la nostra Forza Elastica, che tende a richiamare il corpo nella posizione di equilibrio e tale posizione è data dalla legge F = - ks dove "F" è la forza elastica, "k" è una costante caratteristica della molla ed "s" è lo spostamento dalla posizione di equilibrio.

Il segno meno indica che "F" e "s" sono sempre opposti perché l'una è la forza che tende a riportare il corpo nella posizione di equilibrio e "s" invece nel verso opposto. Questa semplice formula va sotto il nome di Legge di Hooke dall'omonimo scienziato che la formulò. Ricordiamoci sempre che "F" ed "s" sono dei vettori. Se ci interessa calcolare l'unità di misura della costante "k" consideriamo per un momento solo i moduli dei vettori e otterremo che k=F/s. Poiché l'unità di misura della forza "F" è il Newton e quella dello spostamento è il metro, allora l'unità di misura di "k" sarà: k = N/m.

Il corpo attaccato alla molla avrà di certo una massa "m" e in base al secondo principio della dinamica (F = ma ossia massa per accelerazione) possiamo scrivere F = ma = -ks. Per capire meglio andiamo a sostituire ad F l'equazione "ma" e otteniamo ma = -ks. Isoliamo la "a" ossia l'accelerazione e otteniamo che è a = - ks/m. Questa equazione esprime il moto armonico ossia un moto in cui l'accelerazione ha la stessa direzione dello spostamento, il verso opposto e modulo direttamente proporzionale a quello dello spostamento. Quindi seguendo i pochi e semplici passaggi riportati all'interno di questa guida, sapremo finalmente come fare per riuscire a calcolare la forza elastica e il moto armonico. Per molti la fisica può sembrare una materia molto difficile, ma con un po' di pazienza e con una buona dose di studio riusciremo a comprenderla. A questo punto non ci resta che provare subito le indicazioni riportate ai passi precedenti, magari applicando le formule viste in qualche esercizio.

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