Fuerza Restauradora o Fuerza Elástica: Definición y Ejemplos

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Ensayos
Fuerza restauradora

La fuerza restauradora, en un contexto de física, es una fuerza que da lugar a un equilibrio en un sistema físico. Si el sistema se aleja del equilibrio, la fuerza restauradora tenderá a devolver el sistema a éste. La fuerza restauradora es una función únicamente de la posición de la masa o la partícula. Siempre se dirige de vuelta hacia la posición de equilibrio del sistema. La fuerza restauradora se refiere a menudo a un movimiento armónico simple. La fuerza que es responsable de restablecer el tamaño y la forma original se llama fuerza restauradora.

Fuerza restauradora
Fuerza restauradora

Ejemplos de Fuerza Restauradora

Un ejemplo es la acción de un muelle. Un muelle perfecto ejerce una fuerza que es proporcional a la cantidad de deformación del muelle desde su longitud de equilibrio, ejercida en una dirección para oponerse a la deformación. Estirar el muelle a una longitud mayor hace que ejerza una fuerza que devuelve el resorte hacia su longitud de equilibrio. La cantidad de fuerza se puede determinar multiplicando la constante de resorte del muelle por la cantidad de estiramiento.

Otro ejemplo es el de un péndulo. Cuando el péndulo no se está balanceando, todas las fuerzas que actúan sobre el péndulo están en equilibrio. La fuerza debida a la gravedad y la masa del objeto al final del péndulo es igual a la tensión en la cuerda que sostiene ese objeto. Cuando un péndulo se pone en movimiento, el lugar de equilibrio está en la parte inferior del balance, donde descansa el péndulo. Cuando el péndulo se encuentra en la parte superior de su oscilación, la fuerza que lleva el péndulo hacia abajo es la gravedad. Como resultado, la gravedad puede verse como la fuerza de restauración en este caso.

Materiales elásticos y plásticos

Los materiales elásticos se pueden deformar ejerciendo una fuerza sobre ellos pero regresan a su forma original cuando la fuerza se detiene. La goma en las gomas elásticas es un material elástico.
Por el contrario, los materiales plásticos permanecen en su nueva forma incluso después de que la fuerza cesa. Los materiales plásticos son una categoría de materiales y no deben confundirse con el material “plástico” (por ejemplo, bolsas de plástico). La porcelana es un material plástico. Una fuerza lo suficientemente fuerte como para deformar la porcelana causaría que permanezca en su estado deformado (es decir, rotura).

Ningún material es infinitamente elástico. Si un material elástico se estira más allá del límite elástico, se deformará permanentemente.

Un muelle de acero, por ejemplo, es elástico hasta cierto punto. Estirarlo demasiado lo dejará estirado permanentemente o incluso se romperá.

Carga, fuerza restauradora y ​​extensión

  • La carga es la fuerza que hace que se deforme un material elástico.
  • La fuerza con la que un arquero tira la cuerda de un arco es la carga.
  • La fuerza de restauración es la fuerza que hace que un material elástico regrese a su forma original.
  • La fuerza de restauración es igual en magnitud pero opuesta en dirección a la carga.
  • La fuerza que provoca que el arco de un arquero retroceda es la fuerza restauradora.

Al analizar los muelles, el desplazamiento X del extremo del muelle desde su posición de equilibrio como resultado de la aplicación de la carga se denomina extensión.

Ley de Hooke

Ley de Hooke
Ley de Hooke

La Ley de Hooke es un principio de la física que establece que la fuerza necesaria para extender o comprimir un muelle a cierta distancia es proporcional a esa distancia. La ley lleva el nombre del físico británico Robert Hooke del siglo XVII, que buscó demostrar la relación entre las fuerzas aplicadas a un muelle y su elasticidad. Primero declaró la ley en 1660 como un anagrama latín, y luego publicó la solución en 1678 como ut tensio, sic vis – que traducido, significa “la extensión es proporcional a la fuerza “.

Esto se puede expresar matemáticamente como F = -kX, donde F es la fuerza aplicada al muelle (ya sea en forma de presión o tensión); X es el desplazamiento del muelle, con un valor negativo que demuestra que el desplazamiento del resorte una vez que se estira; y k es la constante de resorte que detalla cuán rígido es.

La ley de Hooke es el primer ejemplo clásico de explicación de la elasticidad, que es la propiedad de un objeto o material que hace que se restaure a su forma original después de la distorsión. Esta capacidad de volver a una forma normal después de experimentar la distorsión puede denominarse una “fuerza restauradora”. Entendido en términos de la Ley de Hooke, esta fuerza restauradora es generalmente proporcional a la cantidad de “estiramiento” experimentado.

Recuerda: la fuerza ejercida por un muelle se llama fuerza restauradora; siempre actúa para restaurar el muelle hacia el equilibrio. En la ley de Hooke, el signo negativo en la fuerza del resorte significa que la fuerza ejercida por el resorte se opone al desplazamiento del muelle.

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