Constante de primavera vs factor de rigidesa
La constant de molla i el factor de rigidesa són dues magnituds molt importants a l'hora d'estudiar el camp de l'elasticitat. Aquestes magnituds juguen un paper vital en gairebé tots els càlculs en aquest camp. En aquest article, parlarem de què són la constant de la molla i el factor de rigidesa, les seves definicions, les aplicacions del factor de rigidesa i la constant de la molla, les similituds i, finalment, la diferència entre el factor de rigidesa i la constant de la molla.
Constant de primavera
L'elasticitat és una propietat molt útil de la matèria. És la capacitat dels materials per tornar a la seva forma original després d'eliminar les forces externes. S'observa que la força necessària per mantenir una molla elàstica estirada és proporcional a la longitud estirada de la molla. La constant de proporcionalitat es coneix com a constant de molla i es denota amb k. Això ens dóna l'equació F=-kx. El signe menys representa la direcció inversa de x a la força. La constant de la molla es defineix com la força necessària per estirar la molla per unitat de longitud. Les unitats de la constant de molla són Newton per metre. La constant de la molla és una propietat de l'objecte. L'energia potencial elàstica del sistema és la quantitat de treball que es requereix per estirar l'objecte elàstic en una longitud donada x. Com que la força aplicada F(x)=kx, el treball realitzat és igual a la integració de F(x) de zero a x, respecte a dx; que és igual a kx2/2. Per tant, l'energia potencial és kx2/2. Cal tenir en compte que l'energia potencial de qualsevol objecte connectat a l'extrem de la vareta no depèn de la massa de l'objecte sinó només de la constant de la molla i de la longitud estirada.
Factor de rigidesa (mòdul de Young)
El mòdul de Young és una propietat molt important de la matèria i s'utilitza per caracteritzar la rigidesa del material. El mòdul de Young és la relació entre la pressió sobre l'objecte (esforç) i la tensió de l'objecte. Com que la deformació és adimensional, les unitats del mòdul de Young són iguals a les unitats de pressió, que és Newton per metre quadrat. Per a alguns materials, el mòdul de Young és constant en algun rang de tensió. Aquests materials obeeixen la llei de Hooke i es diu que són materials lineals. Els materials, que no tenen un mòdul de Young constant, es coneixen com a materials no lineals. S'ha d'entendre clarament que el mòdul de Young és una propietat del material, no de l'objecte. Diferents objectes fets amb el mateix material tindran el mateix mòdul de Young. El mòdul de Young rep el nom del físic Thomas Young. El mòdul de Young també es pot definir com la pressió necessària per tenir una tensió unitària sobre el material. Tot i que les unitats del mòdul de Young són Pascal, no s'utilitza àmpliament. Les unitats grans com Mega Pascal o Gigapascal són les unitats útils.
Quina diferència hi ha entre la constant de molla i el factor de rigidesa?
• La constant de la molla és una propietat de l'objecte. El factor de rigidesa és una propietat del material.
• El mateix objecte fet de diferents materials tindrà diferents constants de molla.
