Una propiedad de los sólidos es la elásticidad
i) Un sólido elástico recupera su forma original después de la aplicación temporal de una fuerza deformante, siempre y cuando no sobrepase su límite elástico.
ii) Según la Ley de Hooke, la magnitud del alargamiento o compresión es proporcional a la fuerza aplicada (en tanto no se exceda el límite elástico)
iii) Un material inelástico permanece deformado una vez que la fuerza ha dejado de actuar.
La elasticidad es la propiedad de un objeto o material que causa que sea restaurado a su forma original, después de la distorsión. Se dice que es más elástica, si se restablece por sí mismo a su configuración original, de forma más precisa.
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1.Una rama de un árbol obedece la Ley de Hooke.
Cuando colgamos de su extremo una carga de 20 Kg, la rama se comba una distancia de 10 cm. Si colocamos ahora una carga de 40 Kg del mismo punto. ¿Qué distancia se combará la rama?, ¿Qué pasa si colocamos una carga de 60 Kg del mismo punto? (pensemos que ninguna de estas cargas hace llegar a la rama a su límite elástico).
2.Si una fuerza de 10 N alarga 4 cm un cierto resorte, ¿Cuál será el alargamiento si la fuerza aplicada es ahora de 15 N?.
Preguntas de repaso
1. a) ¿En qué pruebas se basa la afirmación de que el acero es elástico?
b) ¿Y de que la plástilina sea inelástica?
2. ¿Qué es un límite elástico?
3. Una masa de 2 Kg alarga un resorte 3 cm. ¿Qué distancia se alarga el resorte cuando sostiene 6 Kg? (Asumimos que el resorte aún no llega a su límite elástico).
Piensa y explica
1. ¿Qué estirará más a un resorte, un kilogramo de madera o un kilogramo de acero, si ambos son sujetados desde un resorte colocado verticalmente?.
2. Cierto resorte se alarga 1 cm por cada Kg que sostiene. Si no se alcanza el límite elástico, ¿Qué distancia se alargará el resorte cuando sostiene una cargad de 8 Kg?
3. Supón que el resorte de la pregunta anterior se colcoca junto a un resorte idéntico, de modo que los dos resortes compartan por igual la carga de 8 Kg, ¿Qué distancia se alargará cada resorte?
4. ¿La Ley de Hooke es siempre válida?.
Introducción:
Si colgamos una pesa de un resorte, éste se alargará aún más. Cuando quitamos las pesas el resorte recupera su longitud original. Y podemos decir que el resorte es elástico.
Cuando un bateador golpea una pelota de béisbol cambia temporalmente la forma de la misma. Para disparar una flecha un arquero tensa primero un arco, el cual recupera su forma original al soltar la flecha. El resorte, la pelota de béisbol y el arco son ejemplos de objetos elásticos. La elasticidad es la propiedad de un cuerpo de cambiar su forma cuando se ejerce sobre él una fuerza deformante, y de recuperar su forma original cuando la fuerza deformante deje de actuar.
No todos los materiales recuperan su forma original cuando se les aplica temporalmente una fuerza deformante. Los materiales que no recuperan su forma original después de sufrir una deformación son inélasticos. La arcilla, la plastilina y la masa para pan son solo algunos ejemplos de materiales inélasticos. También el aluminio es inélastico, pues es fácil deformalo de forma permanente.
Cuando colgamos una pesa de un resorte estamos aplicándole una fuerza. Se ha visto que la extención o la compresión son proporcionales a la fuerza aplicada.
(imagen)
Esta relación fue advertida por el físico británico Robert Hooke contemporáneo de Isaac Newton, a medidados del siglo XVII, y se le conoce como "Ley de Hooke". La magnitud del alargamiento o de la compresión, x, es directamente proporcional a la fuerza aplicada F. Si duplicamos la fuerza aplicada duplicamos el alargamiento; si triplicamos la fuerza conseguimos un alargamiento tres veces mayor, y así sucesivamente. En forma de ecuación:
F~x
Si alargamos o comprimimos un material elástico más allá de cierto punto, no recuperará su estado original, sino que permanecerá deformado. La distancia a la cual se produce una deformación permanente se llama "límite elástico". La Ley de Hooke sólo es válida en tanto la fuerza no alargue o comprima el material más alla de su límite elástico. La Ley de Hooke, que viene dada por la siguiente eacuación:
F=kΔx
Donde Δx=xf-xi,representan la posición final y la posicion inicial respectivamente que el resorte se desplazó al aplicarle una fuerza dada representada por el simbolo F, el simbolo k representa una constante de elásticidad que varía de una sustancia a otra.
Como activiadad propuesta, podemos aprender de manera sencialla la relación que hay entre el cambio de longitud y la fuerza que se aplica para estirar un cuerpo elástico, en este caso una liga. Esta relación se presenta a través de la llamada constante de elásticidad y la generalización de la relación recibe el nombre de Ley de Hooke.
Para llevar a cabo la actividad se utilizarán:
i) 10 monedas de 5 pesos
ii) Una liga (o resorte)
iii) Un vaso de plástico o de aluminio
iv) Una regla graduada
Se procederá a hacer unos orificios en la parte superior del vaso de plástico para que se pueda colocar un soporte para la liga, como se puede ver en la imagen:
Una vez hecho este montaje, se procede a medir a la liga desde el borde superior hasta donde fue sujetada, ese será nuestro enlogamiento inicial.
Al ir añadiendo monedas, podemos calcular el peso de cada una de ellas que actúa como fuerza de estiramiento en nuestra liga e ir midiendo los nuevos estiramientos ocasionados.
Finalmente graficaremos los datos obtenidos de la siguiente forma: en el eje y la parte correspondiente a estiramiento y en el eje x, la fuerza aplicada.
Al graficar estos valores, que tipo de relación obtenemos y que nos indicará la pendiente de esta gráfica. (para un resorte que no se necesite, cual es la distancia máxima a la cual el resorte no regresa a su forma original y cual es la fuerza que lleva al resorte a su límite elástico)
De igual manera se recomienda una simulación que nos puede brindar una idea del comportamiento de un resorte, la cual se puede ver en: Ley de Hooke
- Es necesario conocer la masa de cada moneda para poder hallar su peso.
- Es necesario medir cada estiramiento provocado al agregar monedas a nuestro contenedor.
- Al graficar los valores obtenidos, que podemos decir del modelo de Hooke para un material elástico.
- Al someter a la liga (o resorte) a condiciones extremas, que ocurre con la Ley de Hooke