Fuerza de un muelle

Calculadora de la fuerza del muelle

El volante que se encuentra en el núcleo de muchos relojes mecánicos depende de la ley de Hooke. Dado que el par generado por el muelle enrollado es proporcional al ángulo girado por el volante, sus oscilaciones tienen un periodo casi constante.

La ley de Hooke es una ley física que establece que la fuerza (F) necesaria para extender o comprimir un muelle una cierta distancia (x) escala linealmente con respecto a esa distancia, es decir, Fs = kx, donde k es un factor constante característico del muelle (es decir, su rigidez), y x es pequeño en comparación con la deformación total posible del muelle. La ley debe su nombre al físico británico del siglo XVII Robert Hooke. Hooke enunció la ley por primera vez en 1676 como un anagrama en latín[1][2] y publicó la solución de su anagrama en 1678[3] como: ut tensio, sic vis («como la extensión, así la fuerza» o «la extensión es proporcional a la fuerza»). Hooke afirma en la obra de 1678 que conocía la ley desde 1660.

La ecuación de Hooke es válida (hasta cierto punto) en muchas otras situaciones en las que se deforma un cuerpo elástico, como el viento que sopla en un edificio alto y el músico que pulsa la cuerda de una guitarra. Un cuerpo o material elástico para el que se puede asumir esta ecuación se dice que es lineal-elástico o Hookeano.

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La fuerza del muelle en una frase

El diagrama define todas las dimensiones y términos importantes de un muelle helicoidal. Para cada masa colgada en él (la masa puede ser cero), un muelle tiene una cierta longitud natural, en la que no se comprime (acorta) ni se extiende (alarga). En ese punto, la fuerza ascendente producida por el muelle está equilibrando exactamente la fuerza gravitatoria sobre la masa y el muelle (recuerda que el propio muelle tiene masa).

Definimos la coordenada x de forma que sea negativa cuando el muelle está comprimido, nula en la longitud natural y positiva cuando el muelle está extendido. El signo menos en F = -kx está ahí por convención; pensamos en F como la fuerza restauradora. Cuando el muelle está comprimido, se requiere una fuerza positiva para extenderlo, y cuando está extendido, se requiere una fuerza negativa para acortarlo, o devolverlo a su longitud natural.

La ley de Hooke es aplicable no sólo a los muelles helicoidales como el que se muestra aquí, sino también a la flexión del metal y de algunos otros materiales, al estiramiento de cables como las cuerdas de las guitarras, al estiramiento de las gomas elásticas y al estiramiento y compresión de los enlaces químicos.

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La inercia del muelle

El volante de muchos relojes mecánicos depende de la ley de Hooke. Dado que el par generado por el muelle enrollado es proporcional al ángulo girado por el volante, sus oscilaciones tienen un periodo casi constante.

La ley de Hooke es una ley física que establece que la fuerza (F) necesaria para extender o comprimir un muelle una cierta distancia (x) escala linealmente con respecto a esa distancia, es decir, Fs = kx, donde k es un factor constante característico del muelle (es decir, su rigidez), y x es pequeño en comparación con la deformación total posible del muelle. La ley debe su nombre al físico británico del siglo XVII Robert Hooke. Hooke enunció por primera vez la ley en 1676 como un anagrama en latín[1][2] y publicó la solución de su anagrama en 1678[3] como: ut tensio, sic vis («como la extensión, así la fuerza» o «la extensión es proporcional a la fuerza»). Hooke afirma en la obra de 1678 que conocía la ley desde 1660.

La ecuación de Hooke es válida (hasta cierto punto) en muchas otras situaciones en las que se deforma un cuerpo elástico, como el viento que sopla en un edificio alto y el músico que pulsa la cuerda de una guitarra. Un cuerpo o material elástico para el que se puede asumir esta ecuación se dice que es lineal-elástico o Hookeano.

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Unidades de fuerza del muelle

Las otras respuestas se limitan a citar la ley de Hookes, la relación estática entre desplazamiento y fuerza. Pero si consideras la pregunta más profundamente, el muelle tiene masa distribuida y conformidad distribuida, por lo que un muelle por sí mismo es dinámico y por lo tanto no propaga la fuerza instantáneamente como implica la ley de Hookes por sí misma.

Así que si empujas (o tiras) de un muelle, desplazarás las espirales (u hojas o lo que sea), y la misma fuerza se verá en el lado opuesto del muelle, aunque retrasada por la respuesta dinámica del muelle.

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